JP7408389B2 - Method for controlling proliferation of eukaryotic cells - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明はバイオテクノロジーの分野に関し、より具体的には細胞、特に真核細胞の増殖を制御する分野に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of biotechnology, and more particularly to the field of controlling the growth of cells, particularly eukaryotic cells.
背景および関連技術
治療上または商業上重要なタンパク質は、関心対象の組換えタンパク質をコードする核酸を含む哺乳動物細胞を培養することによって生産される場合が多い。例えば、関心対象のタンパク質を生産し回収するために実際に用いられる大量生産用バイオリアクターに接種するのに十分な数の哺乳動物細胞を生成するために、シードトレイン工程が用いられる。従来のシードトレイン工程は、少量の細胞試料、例えば凍結保存された細胞バンクバイアルから開始し、続いて徐々により大きな培養槽またはタンク内で複数の細胞培養拡大段階を行う。
BACKGROUND AND RELATED ART Proteins of therapeutic or commercial importance are often produced by culturing mammalian cells containing a nucleic acid encoding a recombinant protein of interest. For example, a seed train process is used to generate sufficient numbers of mammalian cells to inoculate the mass production bioreactors that are actually used to produce and recover the protein of interest. A conventional seed train process starts with a small cell sample, such as a cryopreserved cell bank vial, followed by multiple cell culture expansion steps in progressively larger culture vessels or tanks.
バッチ式および流加式生産工程は、細胞集団が蓄積する非生産的な増殖期、およびタンパク質または他の生物学的産物の大部分が細胞の内部または外部で生成される、より生産的な静止期を含む。増殖期および静止期は原核細胞においても観察され得るが、この2つの異なる期は、真核細胞によって生成される生物学的産物が産生細胞の代謝状態(例えば、タンパク質産物の糖鎖付加パターンに影響を及ぼし得る)に対して特に敏感であるため、真核細胞の培養に特に関連性がある。 Batch and fed-batch production processes consist of a nonproductive growth phase in which the cell population accumulates, and a more productive quiescent phase in which the majority of the protein or other biological product is produced inside or outside the cell. Including period. Although proliferative and stationary phases can also be observed in prokaryotic cells, these two distinct phases are important because biological products produced by eukaryotic cells are affected by the metabolic state of the producing cells (e.g., the glycosylation pattern of protein products). of particular relevance for the culture of eukaryotic cells, as they are particularly sensitive to
細胞培養における細胞の増殖は、多くの異なる因子に対して非常に敏感な工程である:培養液もしくは栄養液の組成のわずかな違い、バイオリアクターの接種に用いられる細胞試料の細胞密度のわずかな違い、またはpH、温度、酸素もしくは二酸化炭素濃度のような工程パラメーターを測定する様々な装置の不正確な較正は、細胞の増殖速度に関して、各細胞によって産生されるタンパク質の量に関して、およびさらには産物の化学組成もしくは修飾に関して、重大な違いをもたらし得る。真核細胞によって生成されるタンパク質は、例えば糖鎖付加やリン酸化などの多くの異なる生化学的修飾過程を受ける。工程パラメーターおよび増殖条件の何らかの変化は、細胞代謝に重大な影響を及ぼす可能性があり、およびひいては生成されたタンパク質の糖鎖付加パターンにも影響を及ぼす可能性がある。例えば、Gammell P, Barron N, Kumar N, Clynes M (2007)「Initial identification of low temperature and culture stage induction of miRNA expression in suspension CHO-K1 cells」. J Biotechnol 130:213-218(非特許文献1)は、増殖阻害性miRNAであるmiR-21が、低温度への温度シフトによって誘導されるまたは通常のバッチ培養中に誘導される静止期増殖中に上方制御されることを特定した。したがって、実行中の真核細胞培養プロジェクトにおいて温度を変更することは、細胞状態に影響を及ぼし得る。 Cell growth in cell culture is a process that is very sensitive to many different factors: small differences in the composition of the culture medium or nutrient solution, small differences in the cell density of the cell sample used to inoculate the bioreactor. Differences, or inaccurate calibrations of various devices measuring process parameters such as pH, temperature, oxygen or carbon dioxide concentrations, can lead to differences in the rate of cell growth, in terms of the amount of protein produced by each cell, and even in Significant differences may result in the chemical composition or modification of the product. Proteins produced by eukaryotic cells undergo many different biochemical modification processes, such as glycosylation and phosphorylation. Any change in process parameters and growth conditions can have a significant impact on cellular metabolism and thus the glycosylation pattern of the produced proteins. For example, Gammell P, Barron N, Kumar N, Clynes M (2007) “Initial identification of low temperature and culture stage induction of miRNA expression in suspension CHO-K1 cells”. J Biotechnol 130:213-218 (Non-Patent Document 1) identified miR-21, a growth-inhibitory miRNA, to be upregulated during stationary phase growth induced by a temperature shift to lower temperatures or during normal batch culture. Therefore, changing the temperature in an ongoing eukaryotic cell culture project can affect cell conditions.
US 2009/0104594 A1(特許文献1)は、モデルフリーな適応制御装置または最適化装置に連結されたセンサーを含むバイオリアクターを記載している。センサーは、最終産物の力価または他の所望される産物品質特性と相関する品質のリアルタイム測定を提供し得る。加えて、生細胞を培養する方法が記載されている。その方法は、槽内で細胞をインキュベートする段階、槽の内部の複数の状態を測定する段階、モデルフリーな適応制御装置を用いて複数の測定値を複数の設定点と個々に比較する段階、および少なくとも1つの比較に基づいて槽の内部の状態を調整する段階を含む。 US 2009/0104594 A1 describes a bioreactor comprising a sensor coupled to a model-free adaptive controller or optimizer. The sensor can provide real-time measurements of quality that correlate with final product titer or other desired product quality characteristics. Additionally, methods for culturing living cells are described. The method includes the steps of incubating cells in a bath, measuring multiple conditions inside the bath, and individually comparing the multiple measurements to multiple set points using a model-free adaptive controller. and adjusting conditions inside the bath based on the at least one comparison.
したがって製薬会社は、真核細胞の培養に関して、工程パラメーターをできるだけ一定に保って、規定の時間間隔内での所望の生物学的産物の再現性がありかつ安全な生産を確実にしようと試みている。 Pharmaceutical companies therefore try to keep process parameters as constant as possible with respect to the culture of eukaryotic cells to ensure reproducible and safe production of the desired biological product within a defined time interval. There is.
多くの場合、真核細胞は、増殖期および静止期のための2つの異なる温度条件下で増殖させる:増殖期は典型的には37℃で実施され、一方、生産期は典型的には、標準化された再現性のある生産工程、生産工程の終了時の標準化された産物濃度および品質を確実にするために、温度を約34℃まで下げ、生産工程を通じて温度を34℃で一定に維持することによって実施される。同様に、工程の再現性を確実にするために、増殖期中も温度は一定に維持される。 Eukaryotic cells are often grown under two different temperature conditions for a proliferative phase and a stationary phase: the proliferative phase is typically carried out at 37°C, whereas the productive phase is typically To ensure a standardized and reproducible production process, standardized product concentration and quality at the end of the production process, reduce the temperature to approximately 34℃ and maintain the temperature constant at 34℃ throughout the production process. It is carried out by Similarly, the temperature is maintained constant during the growth phase to ensure reproducibility of the process.
したがって、真核細胞を培養するための最先端のアプローチは、培養パラメーター、特に温度を(少なくとも増殖期および静止期のそれぞれを通じて)一定に維持することに基づく。 Therefore, state-of-the-art approaches to culturing eukaryotic cells are based on maintaining constant culture parameters, especially temperature (at least throughout each of the proliferative and stationary phases).
しかしながら、最初の細胞密度、培地組成、および測定装置の較正特性のわずかな変動を完全に回避することはできないため、細胞培養プロジェクトの継続時間、および所与の期間後に回収され得る生物学的産物の総量に関する変動性がなお存在し、それによってバイオ技術会社および製薬会社が生産工程を計画するのが非常に困難になっている。 However, slight variations in the initial cell density, medium composition, and calibration characteristics of the measurement equipment cannot be completely avoided, and therefore the duration of the cell culture project and the biological products that can be recovered after a given period of time cannot be completely avoided. There still exists variability regarding the total amount of , which makes it very difficult for biotech and pharmaceutical companies to plan their production processes.
概要
本発明の目的は、独立請求項において特定されるような、細胞の増殖を制御するための改良された方法およびシステムを提供することである。本発明の態様は、独立請求項において与えられる。本発明の態様は、それらが相互に排他的でない場合には、互いに自由に組み合わせることができる。
Summary The object of the invention is to provide an improved method and system for controlling the proliferation of cells, as specified in the independent claims. Aspects of the invention are given in the independent claims. Aspects of the invention may be freely combined with each other if they are not mutually exclusive.
1つの局面において、本発明は、真核細胞の増殖を制御するための方法に関する。制御論理は、標的細胞密度および標的時間を受信する。標的細胞密度は、標的時間における真核細胞の所望の細胞密度を表す。標的時間は将来の時点を表す。真核細胞を第1タンクの培養液中で培養する。本方法は、複数の時間間隔のそれぞれについて(例えば、各時間間隔の開始時または終了時に)、
‐培養液中の真核細胞の細胞密度を測定する段階;
‐制御論理によって、少なくとも測定細胞密度の関数として、標的時間における予測細胞密度を計算する段階;
‐制御論理によって、予測細胞密度と標的細胞密度を比較する段階;
‐制御論理によって、予測細胞密度が標的細胞密度から逸脱している場合に第1タンク内の培養液の温度を調整する段階
を含む。調整は、予測細胞密度が標的細胞密度よりも低い場合には温度を0.1℃~1℃上げることによって;または予測細胞密度が標的細胞密度よりも高い場合には温度を0.1℃~1℃下げることによってのいずれかで実施される。
In one aspect, the invention relates to a method for controlling proliferation of eukaryotic cells. Control logic receives the target cell density and target time. Target cell density represents the desired cell density of eukaryotic cells at the target time. The target time represents a future point in time. Eukaryotic cells are cultured in the culture medium in the first tank. The method includes: for each of the plurality of time intervals (e.g., at the beginning or end of each time interval);
- measuring the cell density of eukaryotic cells in the culture medium;
- calculating, by means of control logic, a predicted cell density at a target time, at least as a function of the measured cell density;
- Comparing the predicted cell density and the target cell density by means of control logic;
- by means of control logic, adjusting the temperature of the culture medium in the first tank if the predicted cell density deviates from the target cell density; Adjustment is by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is lower than the target cell density; or decreasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is higher than the target cell density. It is carried out either by.
前記特徴は、真核細胞の増殖を能動的に制御して、規定の時点において規定の細胞数をもたらすことが可能であるため、有利であり得る。驚いたことに、細胞培養物の増殖中に温度は一定に維持されなかったものの、出発条件(出発温度、出発細胞濃度)がわずかに異なった場合でさえ、多くの異なる細胞培養プロジェクトに関して、標的時間において標的細胞密度に到達したことが観察された。真核細胞およびその代謝は環境温度の変化に非常に敏感であるが、少なくとも温度調整が予測時間間隔当たり1℃の温度差を超えず、かつ生理学的に許容される温度範囲を超えることも下回ることもない場合に限り、生成された生物学的産物が、一定温度条件下で生成された生物学的産物と異ならないことが観察された。 Said feature may be advantageous as it allows the proliferation of eukaryotic cells to be actively controlled to yield a defined number of cells at a defined time point. Surprisingly, although the temperature was not kept constant during cell culture growth, for many different cell culture projects even when the starting conditions (starting temperature, starting cell concentration) were slightly different, the target It was observed that the target cell density was reached in time. Eukaryotic cells and their metabolism are very sensitive to changes in environmental temperature, but at least temperature regulation does not exceed a temperature difference of 1 °C per predicted time interval and neither exceeds nor falls below the physiologically permissible temperature range. It has been observed that the biological products produced do not differ from those produced under constant temperature conditions.
さらに、細胞が、上記の指定された温度範囲内の温度変化を許容し、そこから迅速に回復できることが観察された。したがって、上記の指定された温度範囲内で培地の温度を調整することによって、細胞培養プロジェクトの全体の時間は延長されない。これは他の生産パラメーターの調整については異なり、例えばpHの場合には、細胞が細胞集団を蓄積し所望の生物学的産物を生産し続け得る前に、pH変化から回復するためにいくらかの付加的な時間を必要とすることが観察されたため、pHは細胞生産の効率を低下させることが観察された。 Furthermore, it was observed that the cells were able to tolerate and rapidly recover from temperature changes within the specified temperature ranges above. Therefore, by adjusting the temperature of the medium within the specified temperature range above, the overall time of the cell culture project will not be extended. This differs for adjustment of other production parameters, for example in the case of pH, some addition is required to recover from the pH change before the cells can accumulate the cell population and continue producing the desired biological product. pH was observed to reduce the efficiency of cell production as it was observed that it required a long time.
現在増殖させている細胞培養物がおそらく所望の細胞密度に到達するであろう時間を繰り返し予測し、予測時間を指定の標的時間と比較し、それに従って細胞培養液の温度を適合させることによって、本発明の態様は、細胞培養の出発条件のわずかな変動を補償することを可能にし、細胞培養物が特定の規定の将来時間(「標的時間」)において所望の細胞密度に到達し、所望の量の生物学的産物をもたらすことを確実にすることを可能にし得る。細胞株、培養液、タンク内の条件、および生産される生物学的産物の種類に応じて、細胞培養物の接種から開始して、細胞培養物が標的細胞密度に到達する時間までの細胞培養プロジェクトの典型的な継続時間は異なる。多くのプロジェクトは、3~5日の範囲内の、例えば4.5日という典型的な継続時間を有する。本発明の態様が、参照細胞培養プロジェクトの「典型的」または「参照」工程パラメーターからの、開始時の1つまたは複数の工程パラメーターの20%までの逸脱を補償し得ることが観察された。例えば、参照プロジェクトが37℃の一定温度で実行され、所望の細胞密度に到達するまでに正確に4日(96時間)を要する場合、動的な予測ベースの温度適合化アプローチを用いる本発明の態様は、20%短い時間間隔内で、すなわち3.2日(77時間)以内に、同じ細胞密度を達成することを可能にし得る。同様に、バイオリアクターの接種に用いられる細胞の量が、参照バイオリアクターの接種に用いられる細胞の量よりも20%少ない場合、本発明の態様による動的な温度適合化は、出発細胞の数の減少を補償することを可能にし、所望の標的時間において所望の細胞密度を提供し得る。 By repeatedly predicting the time at which the currently growing cell culture will likely reach the desired cell density, comparing the predicted time to the specified target time, and adapting the cell culture temperature accordingly, Embodiments of the present invention allow for compensating for slight variations in cell culture starting conditions, such that the cell culture reaches the desired cell density at a certain defined future time (the "target time") and achieves the desired It may be possible to ensure that quantities of biological products are produced. Depending on the cell line, culture medium, conditions in the tank, and type of biological product produced, cell culture starts from inoculation of the cell culture until the time the cell culture reaches the target cell density. The typical duration of projects varies. Many projects have a typical duration in the range of 3-5 days, for example 4.5 days. It has been observed that embodiments of the invention can compensate for deviations of up to 20% in one or more starting process parameters from the "typical" or "reference" process parameters of a reference cell culture project. For example, if a reference project is run at a constant temperature of 37°C and takes exactly 4 days (96 hours) to reach the desired cell density, our method using a dynamic prediction-based temperature adaptation approach Embodiments may make it possible to achieve the same cell density within a 20% shorter time interval, ie within 3.2 days (77 hours). Similarly, if the amount of cells used to inoculate a bioreactor is 20% less than the amount of cells used to inoculate a reference bioreactor, dynamic temperature adaptation according to embodiments of the invention will reduce the number of starting cells. to provide the desired cell density at the desired target time.
同様に、本発明の態様は、従来の一定温度細胞培養技法に基づくと産物または細胞密度の最大20%の減少をもたらしたであろう、エラー(酸素または栄養素供給の故障、pH制御システムの故障、等)のいくつかの原因を首尾よく補償することが観察された。 Similarly, embodiments of the present invention eliminate errors (failures in oxygen or nutrient supplies, failures in pH control systems, failures in oxygen or nutrient supply, failures in pH control systems, , etc.) was observed to successfully compensate for several causes of
したがって、本発明の態様は、システム故障、および参照培養プロジェクトに対する工程パラメーターの逸脱を補償することを可能にし、ならびにひいては細胞培養プロジェクトのより良い制御および予測性を可能にし得る。 Accordingly, aspects of the present invention may enable compensating for system failures and deviations in process parameters relative to a reference culture project, and thus enable better control and predictability of cell culture projects.
少なくとも測定細胞密度の関数としての、標的時間における予測細胞密度の計算は、現在測定された細胞密度にのみ基づいて実施され得る。優先的に、標的時間における細胞密度は、前の時間間隔において測定された複数の測定細胞密度の関数として予測される。 Calculation of the predicted cell density at the target time, at least as a function of the measured cell density, may be performed based only on the currently measured cell density. Preferentially, the cell density at the target time is predicted as a function of multiple measured cell densities measured in previous time intervals.
好ましい態様に従って、温度調整は、培養液の温度を32℃の温度よりも低くは下げず、かつ培養液の温度をおよそ38℃の温度には上げない。 According to a preferred embodiment, the temperature adjustment does not reduce the temperature of the culture below a temperature of 32°C and does not increase the temperature of the culture to a temperature of approximately 38°C.
前記温度範囲内でのみ温度調整を実施することは有益であり得る、というのも、該範囲内での温度調整は、制御様式で増殖速度に影響を及ぼし得るが、他の代謝経路の方向に、例えば熱ショックタンパク質の産生の方向に、細胞代謝を有意に転換しないことが観察されたからである。細胞は以前に使用された温度から回復するために余分な時間を必要としないため、該範囲内での温度調整は完全にかつ迅速に可逆的であることが観察された。 It may be beneficial to carry out temperature regulation only within said temperature range, since temperature regulation within said range may influence the growth rate in a controlled manner, but not in the direction of other metabolic pathways. , for example, was observed not to significantly shift cellular metabolism in the direction of the production of heat shock proteins. Temperature adjustment within this range was observed to be completely and rapidly reversible, as the cells do not require extra time to recover from the previously used temperature.
態様に従って、細胞増殖を制御するための方法、および必要に応じて温度調整は、増殖期全体を通して、もしくは静止期全体を通して、または増殖および静止時間を通して実施される。 According to embodiments, the method for controlling cell proliferation, and optionally temperature regulation, is performed throughout the growth phase, or throughout the stationary phase, or throughout the growth and quiescence time.
細胞培養の温度の動的調整に用いられる期間が長いほど、システム構成要素の故障および準最適な出発条件を補償する能力は優れているため、上記のことは有益であり得る。 The above may be beneficial because the longer the period used for dynamic adjustment of cell culture temperature, the better the ability to compensate for system component failures and suboptimal starting conditions.
態様に従って、第1タンクは、培養液中の細胞密度のオンライン測定を実施するための計器を含む。したがって、複数の時間間隔のそれぞれにおいて測定される真核細胞の細胞密度は、オンライン測定値である。 According to embodiments, the first tank includes an instrument for performing on-line measurements of cell density in the culture medium. Therefore, the cell density of eukaryotic cells measured at each of the plurality of time intervals is an online measurement.
例えば、所与の容積の培地中の細胞数を決定するために培養液の誘電特性を測定する測定装置、または例えばオンライン顕微鏡の形態の光学的技法を、培地中の生細胞を自動計数するために使用することができる。 For example, measurement devices that measure the dielectric properties of a culture medium to determine the number of cells in a given volume of medium, or optical techniques, for example in the form of an online microscope, for automatic counting of living cells in a medium. It can be used for.
例えば、試料を採取せずにタンク内の細胞密度を決定するために、FOGALEバイオマスシステムを使用することができる。誘電センサーの使用は、光学的技法とは異なり、システムが懸濁液中の気泡、細胞残屑、および他の粒子に敏感ではないという利点を有する。FOGALEバイオマスセンサーまたは類似のセンサー装置を使用することにより、生存バイオマス濃度(生物体積)を、細胞サイズの変動とは無関係にオンライン測定値として決定することができる。 For example, the FOGALE biomass system can be used to determine cell density in a tank without taking samples. The use of dielectric sensors, unlike optical techniques, has the advantage that the system is not sensitive to air bubbles, cell debris, and other particles in the suspension. By using a FOGALE biomass sensor or similar sensor device, viable biomass concentration (biovolume) can be determined as an on-line measurement independent of cell size variations.
オンライン細胞密度計の別の例は、インサイチュー顕微鏡である。インサイチュー顕微鏡は、細胞培養プロジェクト中に哺乳動物細胞の画像をバイオリアクターの内部で直接(インサイチューで)獲得するために開発されたシステムである。それは最小限の操作者介入のみを必要とする。インサイチュー顕微鏡の例およびその使用は、Joeris K1, Frerichs JG, Konstantinov K, Scheper T:「In-situ microscopy: Online process monitoring of mammalian cell cultures」 Cytotechnology. 2002 Jan; 38(1-3):129-34. doi: 10.1023/A:1021170502775に記載されている。 Another example of an online cell densitometer is an in situ microscope. In situ microscopy is a system developed to acquire images of mammalian cells directly (in situ) inside a bioreactor during cell culture projects. It requires only minimal operator intervention. Examples of in situ microscopy and its uses can be found in Joeris K1, Frerichs JG, Konstantinov K, Scheper T: "In-situ microscopy: Online process monitoring of mammalian cell cultures" Cytotechnology. 2002 Jan; 38(1-3):129- 34. doi: 10.1023/A:1021170502775.
オンライン細胞密度計のさらなる例は、ラマン分光計である。バイオリアクター内の細胞密度を決定するためのラマン分光計の使用は、例えば、Justin Moretto et al. in 「Process Raman Spectroscopy for In-Line CHO Cell Culture Monitoring」(April 2011 issue of American Pharmaceutical Review - Volume 14) によって記載されている。 A further example of an online cell density meter is a Raman spectrometer. The use of Raman spectroscopy to determine cell density in bioreactors is described, for example, by Justin Moretto et al. in "Process Raman Spectroscopy for In-Line CHO Cell Culture Monitoring" (April 2011 issue of American Pharmaceutical Review - Volume 14 ) is described by.
細胞密度のオンライン測定の実施は、オフライン測定に付随する問題を回避する利点を有し得る:測定の時点と各制御操作を実施する時点との間にはかなりの待ち時間があるために、オフライン測定データは低品質になる傾向がある。さらに、試料から測定値を得るためのサンプリング工程は、望ましくない細菌による細胞培養物の感染のリスクを高める可能性があり、かつサンプリングの影響(例えば、温度の変化)によって測定の精度を低下させる可能性がある。 Performing online measurements of cell density may have the advantage of avoiding the problems associated with offline measurements: due to the significant latency between the time of measurement and the time of performing each control operation, offline Measurement data tends to be of low quality. Furthermore, the sampling process for obtaining measurements from the sample can increase the risk of infection of the cell culture by undesirable bacteria and reduce the accuracy of the measurements due to sampling effects (e.g. changes in temperature). there is a possibility.
さらなる有益な局面において、オフライン密度ではなくオンライン細胞密度を使用することにより、完全に自動化された細胞培養増殖制御が可能になる。さらに、オンライン細胞密度を使用することで、細胞培養プロジェクト中に数多くの細胞密度測定を提供することができ、したがって標的時間における細胞密度を予測するためのより良いデータ基盤を提供することができ、これがやはり予測精度を高め得る。 In a further beneficial aspect, the use of online cell density rather than offline density allows for fully automated cell culture growth control. Furthermore, using online cell density can provide a large number of cell density measurements during a cell culture project, thus providing a better data base for predicting cell density at a target time, This can also improve prediction accuracy.
態様に従って、制御論理は、終了基準が満たされた時に少なくとも温度の調整を終了させるように構成される。終了基準は、例えば、標的時間に到達した、または測定細胞密度が標的細胞密度と等しいかもしくはそれよりも高いという判定であってよい。 According to an aspect, the control logic is configured to terminate at least the adjustment of the temperature when a termination criterion is met. Termination criteria may be, for example, a determination that a target time has been reached or that the measured cell density is equal to or higher than the target cell density.
任意に、制御論理は、温度の調整を停止させ得るのみならず、細胞培養物の増殖もまた停止させ得る。例えば、制御論理は、1つまたは複数の制御コマンドを自動化制御要素に送信することができ、それは制御要素に、細胞培養タンク内の細胞にフィーディングおよび通気するのを停止させ、自動化細胞回収工程を開始させる。あるいは、制御論理は、的確な技術スタッフの1つまたは複数のモバイル通信装置にメッセージを送信して、タンク内の細胞を回収するかまたはさらに処理しなければならないことをスタッフに通知する。加えて、またはその代わりに、メッセージは、制御論理に動作可能に連結された画面上に表示される。さらなる処理は、細胞、または細胞を含む全培養液を、第1タンクから、異なる、優先的により大きなタンク、例えば別の生産前バイオリアクターまたは生産バイオリアクターに移動させることを含み得る。態様に応じて、回収工程および/または移動工程は、手動で、自動的に、または半自動的に実施され得る。 Optionally, the control logic may not only stop regulating the temperature, but also stop growing the cell culture. For example, the control logic can send one or more control commands to an automated control element that causes the control element to stop feeding and aerating cells in a cell culture tank, and to automate a cell harvesting process. start. Alternatively, the control logic sends a message to one or more of the appropriate technical staff's mobile communication devices to notify the staff that the cells in the tank must be retrieved or further processed. Additionally or alternatively, the messages are displayed on a screen operably coupled to the control logic. Further processing may involve transferring the cells, or the entire culture containing the cells, from the first tank to a different, preferentially larger tank, such as another pre-production or production bioreactor. Depending on the embodiment, the collection and/or transfer steps may be performed manually, automatically, or semi-automatically.
優先的に、標的時間における将来細胞密度の繰り返し行われる予測、標的時間との比較、および必要に応じて温度の調整は、完全に自動的に実施される。好ましい態様に従って、1つの生産前タンクから別の生産前タンクまたは生産タンクへの繰り返し行われる細胞移動、および細胞または生成された生物学的産物の最終的回収もまた、完全に自動的に、すなわち人のいかなる介入もなく実施される。出発条件のわずかな変動に対して頑強であり、細胞培養期中のシステム構成要素の故障に対して頑強であり、かつ人のいかなる介入もなく、指定の将来時間において規定の細胞密度および規定の産物品質を確実にもたらすことができる、完全に自動化されたシステムおよび方法が提供され得るため、これは有利であり得る。 Preferentially, the iterative prediction of the future cell density at the target time, the comparison with the target time, and the adjustment of the temperature if necessary, are performed completely automatically. According to a preferred embodiment, the repeated cell transfers from one pre-production tank to another pre-production tank or production tank and the final recovery of the cells or the biological product produced are also completely automatic, i.e. It is carried out without any human intervention. Robust to small variations in starting conditions, robust to failure of system components during the cell culture phase, and capable of producing defined cell densities and defined products at specified future times without any human intervention. This can be advantageous as it can provide a fully automated system and method that can reliably deliver quality.
態様に従って、制御論理は、温度を調整するための細胞濃度逸脱閾値を受信する。制御論理は、標的時間における予測細胞濃度が標的細胞濃度から該閾値を上回って逸脱している場合にのみ、第1タンク内の培養液の温度を適合させる。閾値は制御ループ内にいくらかの慣性を導入し、標的細胞濃度からの逸脱が有意なレベルに到達することが予測される場合にのみ、温度が適合化されることを確実にするため、このことは有益であり得る。例えば、制御論理は、下方の細胞濃度逸脱閾値、例えば標的細胞密度の95%を受信し、予測細胞濃度が標的細胞濃度の95%よりも低い場合にのみ、第1タンク内の培地の温度を上昇させ得る。加えて、またはその代わりに、制御論理は、上方の細胞濃度逸脱閾値、例えば標的細胞密度の105%を受信し、予測細胞濃度が標的細胞濃度の105%よりも高い場合にのみ、第1タンク内の培地の温度を低下させ得る。その他の下方および上方閾値も同様に使用することができ、例えば、99%および101%、もしくは98%および102%、または下方細胞密度閾値が99%であり上方細胞密度閾値が105%であるような非対称閾値などである。 According to an aspect, control logic receives a cell concentration excursion threshold for adjusting temperature. The control logic adapts the temperature of the culture medium in the first tank only if the expected cell concentration at the target time deviates from the target cell concentration by more than the threshold. This is important because the threshold introduces some inertia within the control loop and ensures that the temperature is adapted only when deviations from the target cell concentration are expected to reach a significant level. can be beneficial. For example, the control logic receives a lower cell concentration excursion threshold, e.g., 95% of the target cell density, and controls the temperature of the medium in the first tank only if the predicted cell concentration is lower than 95% of the target cell concentration. It can be raised. Additionally or alternatively, the control logic receives an upper cell concentration excursion threshold, e.g., 105% of the target cell density, and controls the first tank only if the predicted cell concentration is higher than 105% of the target cell concentration. can lower the temperature of the medium within. Other lower and upper thresholds can be used as well, such as 99% and 101%, or 98% and 102%, or a lower cell density threshold of 99% and an upper cell density threshold of 105%. such as asymmetric thresholds.
態様に従って、制御論理はグラフィカルユーザーインターフェース (GUI) を提供する。GUIは、制御論理が予測細胞密度を計算し始める前に、ユーザーが標的時間および標的細胞密度を入力できるようにする。GUIは、制御論理が複数の時間間隔において予測細胞密度を計算している間、ユーザーが標的時間および/または標的細胞密度を修正できるようにする。 According to aspects, the control logic provides a graphical user interface (GUI). The GUI allows the user to enter the target time and target cell density before the control logic begins calculating the predicted cell density. The GUI allows the user to modify the target time and/or target cell density while the control logic calculates the predicted cell density at multiple time intervals.
いくつかの態様に従って、本方法は、標的細胞密度に到達した後に、第1タンクの培養液およびその中に含まれる真核細胞を第1タンクから第2タンクに移動させる段階をさらに含む。第2タンクは第1タンクよりも大きい。制御論理は、さらなる標的細胞密度およびさらなる標的時間を受信する。さらなる標的細胞密度は、さらなる標的時間における真核細胞の所望の細胞密度を表す。第2タンク内でのさらなる増殖制御工程は、第1タンク内の細胞が標的細胞密度に到達した後に実施されるため、さらなる標的時間は、細胞を第2タンクに移動させた時間よりも後の時間を表す。 According to some embodiments, the method further includes transferring the culture medium in the first tank and the eukaryotic cells contained therein from the first tank to the second tank after reaching the target cell density. The second tank is larger than the first tank. Control logic receives additional target cell densities and additional target times. The additional target cell density represents the desired cell density of eukaryotic cells at the additional target time. Further growth control steps in the second tank are carried out after the cells in the first tank have reached the target cell density, so the further target time is later than the time the cells were transferred to the second tank. represents time.
例えば、制御論理は、ローカルに(制御論理と同じ機械上に)インストールされたGUIを介してユーザーから直接、またはネットワークを介してリモートインストールされたGUIから、標的細胞密度、さらなる標的細胞密度、標的時間、および/またはさらなる標的時間を受信し得る。あるいは、制御論理は、制御論理がインスタンス化される前にユーザーによって作成または修正された構成ファイルから、該(さらなる)標的時間および標的細胞密度を読み込み得る。 For example, the control logic can receive information about target cell densities, further target cell densities, target and/or additional target times. Alternatively, the control logic may read the (further) target time and target cell density from a configuration file created or modified by the user before the control logic is instantiated.
次いで、移動させた真核細胞を第2タンク内で培養する。複数のさらなる時間間隔のそれぞれについて(例えば、各時間間隔の開始時または終了時に)、以下のサブ方法が実施される:
‐第2タンクの培養液中の真核細胞の細胞密度を測定する段階;
‐制御論理によって、少なくとも該測定細胞密度の関数として、さらなる標的時間におけるさらなる予測細胞密度を計算する段階;
‐制御論理によって、さらなる予測細胞密度とさらなる標的細胞密度を比較する段階;
‐制御論理によって、さらなる予測細胞密度がさらなる標的細胞密度から逸脱している場合に、第2タンク内の培養液の温度を調整する段階。調整は、さらなる予測細胞密度がさらなる標的細胞密度よりも低い場合には、温度を0.1℃~1℃上げることによって実施される。さらなる予測細胞密度がさらなる標的細胞密度よりも高い場合には、制御論理は温度を0.1℃~1℃下げる。
The transferred eukaryotic cells are then cultured in a second tank. For each of the plurality of further time intervals (e.g., at the beginning or end of each time interval), the following sub-method is performed:
- measuring the cell density of eukaryotic cells in the culture medium of the second tank;
- calculating, by control logic, further predicted cell densities at further target times, at least as a function of the measured cell densities;
- comparing the further predicted cell density with the further target cell density by control logic;
- adjusting the temperature of the culture medium in the second tank if the further predicted cell density deviates from the further target cell density by means of control logic; Adjustments are performed by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the further predicted cell density is lower than the further target cell density. If the additional predicted cell density is higher than the additional target cell density, the control logic reduces the temperature by 0.1°C to 1°C.
態様に応じて、第1標的細胞密度と第2標的細胞密度は同じであってもよいし、または互いに異なってもよい。 Depending on the embodiment, the first target cell density and the second target cell density may be the same or different from each other.
いくつかの態様に従って、第1タンクおよび第2タンクはそれぞれ、バッチ培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターである。本方法は、生産バイオリアクターに接種するための規定された最小数の細胞を生成するためのシードトレイン培養工程において用いられる。 According to some embodiments, the first tank and the second tank are each a bioreactor configured to grow the cell culture as a batch culture. The method is used in a seed train culture process to generate a defined minimum number of cells for inoculating a production bioreactor.
細胞培養物を、第1標的時間における第1標的細胞密度まで半自動的にまたは完全に自動的に増殖させることができるため、上記のことは有利であり得る。次いで、細胞培養物を、別のより大きなタンク、例えばさらなる生産前バイオリアクターまたは槽に移動させることができる。次いで、細胞をさらなる第2標的時間における第2標的細胞密度まで増殖させる。大型生産バイオリアクターに接種するのに十分な数の細胞が得られるまで、前記段階を、3つ、4つ、またはさらにより多くの生産前槽またはバイオリアクターについて反復することができる。したがって、本方法は、シードトレイン培養プロジェクトにおいて細胞培養物を増殖させるために使用され得る。 The above may be advantageous because the cell culture can be grown semi-automatically or fully automatically to a first target cell density at a first target time. The cell culture can then be transferred to another larger tank, such as a further pre-production bioreactor or tank. The cells are then grown to a second target cell density at a further second target time. The steps can be repeated for three, four, or even more pre-production vessels or bioreactors until a sufficient number of cells are obtained to inoculate the large-scale production bioreactor. Thus, the method can be used to propagate cell cultures in seed train culture projects.
態様に従って、第1タンクは、生産前バッチ培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターである。第2タンクは、第1タンクよりも大きく、生産培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターである。 According to embodiments, the first tank is a bioreactor configured to grow the cell culture as a pre-production batch culture. The second tank is a bioreactor that is larger than the first tank and configured to grow the cell culture as a production culture.
生産培養は、例えば流加培養であってよい。いくつかの態様においては、生産培養もバッチ培養であってよい。 Production culture may be, for example, fed-batch culture. In some embodiments, the production culture may also be a batch culture.
態様に従って、真核細胞は、哺乳動物細胞、特にチャイニーズハムスター卵巣 (CHO) 細胞である。あるいは、真核細胞は、ベビーハムスター腎臓 (BHK) 細胞またはヒト細胞株である。ヒト細胞株の一例は、アデノウイルスのE1遺伝子でヒト胚網膜細胞を不死化することによって導出された細胞であるPer.C6である。これは、選択薬剤としてG418を用いてモノクローナル抗体 (MAb) を生産するために使用される場合が多い。さらに、真核細胞は、NS0細胞、Sp2/0細胞、COS細胞、K562細胞、またはHEK細胞であってよい。 According to an embodiment, the eukaryotic cell is a mammalian cell, in particular a Chinese hamster ovary (CHO) cell. Alternatively, the eukaryotic cell is a baby hamster kidney (BHK) cell or a human cell line. An example of a human cell line is Per.C6, a cell derived by immortalizing human embryonic retinal cells with the adenovirus E1 gene. This is often used to produce monoclonal antibodies (MAbs) using G418 as the selection agent. Additionally, the eukaryotic cell may be an NS0 cell, a Sp2/0 cell, a COS cell, a K562 cell, or a HEK cell.
本明細書に記載される態様はすべて、原核細胞、特に細菌細胞、例えば大腸菌 (Escherichia coli) 細胞の増殖を制御するために同様に使用され得る。 All embodiments described herein can similarly be used to control the growth of prokaryotic cells, particularly bacterial cells, such as Escherichia coli cells.
態様に従って、第1タンク内の培養液は、500リットルまたはそれ未満の容積を有する。 According to embodiments, the culture medium in the first tank has a volume of 500 liters or less.
態様に従って、本方法は、複数の時間間隔のそれぞれについて(例えば、各時間間隔の開始時または終了時に)、
‐所定の長さを有し、かつ現在の時間間隔の終了時に終了する現在の観察間隔を、現在の時間間隔について規定する段階;および現在の観察間隔中に測定されたすべての細胞密度を受信する段階
をさらに含む。
In accordance with an aspect, the method includes, for each of the plurality of time intervals (e.g., at the beginning or end of each time interval):
- defining for the current time interval a current observation interval having a predetermined length and ending at the end of the current time interval; and receiving all cell densities measured during the current observation interval; The method further includes the step of:
予測細胞密度は、少なくとも測定細胞密度の関数として計算される。計算は、標的時間まで、現在の観察間隔中に測定された細胞密度を外挿することを含む。 The predicted cell density is calculated as a function of at least the measured cell density. The calculation involves extrapolating the cell density measured during the current observation interval up to the target time.
例えば、制御論理は、時計によって提供される現在時間を判定し、観察間隔の長さを決定するために構成ファイルまたはユーザー入力を解析することにより、現在の観察間隔を規定し得る。制御論理は次いで、現在時間において終了し、かつ現在時間よりも決定された長さだけ前に開始する時間間隔として、現在の観察時間間隔を特定する。異なる現在時間において決定される観察間隔の例は、図2に記載される。 For example, the control logic may define the current observation interval by determining the current time provided by a clock and parsing a configuration file or user input to determine the length of the observation interval. The control logic then identifies the current observation time interval as a time interval that ends at the current time and begins the determined length before the current time. An example of observation intervals determined at different current times is described in FIG. 2.
態様に従って、外挿は、現在の観察時間中に測定された細胞密度に対して、カーブフィッティング操作または回帰分析を実施することを含む。 According to embodiments, extrapolation involves performing a curve fitting operation or regression analysis on the cell density measured during the current observation time.
態様に従って、複数の時間間隔のすべての時間間隔は等しい長さである。 According to an aspect, all time intervals of the plurality of time intervals are of equal length.
態様に従って、複数の時間間隔のすべての時間間隔は異なる長さである。 According to embodiments, all time intervals of the plurality of time intervals are of different lengths.
態様に従って、本方法は、現在時間が標的時間に近いかどうかを判定する段階を含む。例えば、a) 培養液の接種からの所定の継続時間が経過した場合、またはb) 標的時間における細胞密度の予測の所定の回数が既に実施された場合、またはc) 標的細胞密度の所定の割合に到達した場合、またはd) 標的時間の前の所定時間、例えば標的時間の13時間前に到達した場合に(典型的に、標的時間の前の該所定時間は、12時間~14時間の範囲内である)、制御論理は、現在時間が標的時間に近いと判定し得る。現在時間が標的時間に近いかどうかを自動的に判定するその他の方法が存在する。あるいは、ユーザーは、GUIを介して現在時間が標的時間に近いという指示を入力することが可能である。 According to an aspect, the method includes determining whether the current time is close to the target time. For example, a) a predetermined duration of time has elapsed since inoculation of the culture, or b) a predetermined number of predictions of cell density at the target time have already been performed, or c) a predetermined percentage of the target cell density. or d) a predetermined time before the target time, such as 13 hours before the target time (typically, the predetermined time before the target time ranges from 12 to 14 hours). ), the control logic may determine that the current time is close to the target time. Other methods exist to automatically determine whether the current time is close to the target time. Alternatively, the user can enter an indication via the GUI that the current time is close to the target time.
現在時間が標的時間に近いという判定に応答して、制御論理は、複数の時間間隔のうちの将来のすべての時間間隔の長さを短縮する。 In response to determining that the current time is close to the target time, the control logic shortens the length of all future time intervals of the plurality of time intervals.
細胞密度予測の精度および増殖制御の精度が向上し得るため、上記のことは有益であり得る:培養時間の終了時には、細胞密度は既に高く、予測におけるわずかな誤差と、各予測の間の長い時間間隔が組み合わさることで、標的時間において所望の細胞密度を正確にもたらすことができない可能性がある。予測および増殖制御の精度を高めるために、本発明の態様は、培養プロジェクトの終了時にはより短い予測時間間隔を使用する。例えば、予測時間間隔の短縮は、上記のように制御論理によって完全に自動的に実施され得るか、またはユーザーによって手動で実施され得る。 The above can be beneficial, as the accuracy of cell density prediction and the accuracy of growth control can be improved: at the end of the culture time, the cell density is already high, and a small error in the prediction and a long time between each prediction The combination of time intervals may not result in exactly the desired cell density at the target time. To increase the accuracy of prediction and growth control, embodiments of the invention use shorter prediction time intervals at the end of a culture project. For example, shortening the predicted time interval may be performed completely automatically by the control logic as described above, or manually by the user.
態様に従って、複数の時間間隔のそれぞれは、30分未満、優先的に10分未満の継続時間を有する。例えば、時間間隔のそれぞれは、1分~10分の範囲内の継続時間を有する。 According to embodiments, each of the plurality of time intervals has a duration of less than 30 minutes, preferentially less than 10 minutes. For example, each of the time intervals has a duration within the range of 1 minute to 10 minutes.
態様に従って、観察間隔の所定の長さは、60分~480分、特に80~100分の範囲内、例えば90分である。 According to an embodiment, the predetermined length of the observation interval is in the range from 60 minutes to 480 minutes, especially from 80 to 100 minutes, such as 90 minutes.
予測時間間隔および観察間隔の上記の継続時間は、高い予測精度と資源消費との間の良好な妥協を提供することが観察された(測定値の取得、予測、および予測細胞密度の比較は、処理能力を消費し、ネットワークトラフィックを生じ得、測定細胞密度および予測細胞密度を示す曲線を含む画面のアップデートは、ネットワーク、メモリ、およびCPU容量をさらに消費し得る)。 It was observed that the above durations of prediction time interval and observation interval provide a good compromise between high prediction accuracy and resource consumption (comparison of measurement acquisition, prediction and predicted cell density is (which can consume processing power and generate network traffic; updating the screen containing the curves showing measured and predicted cell densities can further consume network, memory, and CPU capacity).
態様に従って、第1タンク(ならびに任意でまた第2タンクおよび他のタンク)内の培養液は、CD-CHO AGT培地である。しかしながら、適切な培地は、細胞型、細胞増殖の期(例えば、増殖期または静止期)、生産されるべき産物の種類、使用される槽またはバイオリアクターの種類、および他の因子に強く依存する。したがって、他の培地、例えば、DMEM、RPMI、Hams F12、およびその他もまた使用され得る。 According to an embodiment, the culture medium in the first tank (and optionally also the second tank and other tanks) is CD-CHO AGT medium. However, the appropriate medium is highly dependent on the cell type, the phase of cell growth (e.g., proliferative or stationary phase), the type of product to be produced, the type of bath or bioreactor used, and other factors. . Therefore, other media such as DMEM, RPMI, Hams F12, and others may also be used.
さらなる態様に従って、温度の調整は、温度を0.1℃~0.5℃、優先的に0.1℃~0.2℃上げること、または温度を0.1℃~0.5℃、優先的に0.1℃~0.2℃下げることを含む。 According to a further embodiment, adjusting the temperature comprises increasing the temperature by 0.1°C to 0.5°C, preferentially 0.1°C to 0.2°C, or decreasing the temperature by 0.1°C to 0.5°C, preferentially 0.1°C to 0.2°C.
態様に従って、GUIまたは制御システムの別の構成要素は、ユーザーが、細胞培養プロジェクトの実行前および/または実行中に付加的な制御パラメーターを入力できるようにする。例えば、ユーザーは、予測時間間隔の長さ、観察間隔の長さ、調整間隔の長さ、予測細胞密度を標的細胞密度よりも(十分に)低いもしくは高いと見なすための上方および/もしくは下方閾値、ならびに/または調整行為当たりの温度調整の量を指示することが可能であり得る。優先的に、ユーザーは、正の温度調整段階および負の温度調整段階に関して異なる値を入力することが可能である。これは、バイオリアクターの加熱および冷却特性に対する、温度制御のより良好な適合化であり得る。 According to embodiments, the GUI or another component of the control system allows a user to enter additional control parameters before and/or during execution of a cell culture project. For example, the user can determine the length of the prediction time interval, the length of the observation interval, the length of the adjustment interval, upper and/or lower thresholds for considering the predicted cell density to be (sufficiently) lower or higher than the target cell density. , and/or the amount of temperature adjustment per adjustment action. Preferentially, the user is able to enter different values for the positive and negative temperature regulation phases. This may be a better adaptation of temperature control to the heating and cooling characteristics of the bioreactor.
さらなる局面において、本発明は、規定の将来時間において所望の細胞密度の真核細胞を提供するための方法に関する。本方法は、人のユーザーによって、制御論理のインターフェースを介して、所望の細胞密度および将来時間を入力する段階を含む。所望の細胞密度は、入力された将来時間における真核細胞の所望の細胞密度を表す。本明細書に記載される態様のいずれか1つの方法に従って、真核細胞の増殖を制御するために、制御論理が用いられる。増殖制御は、入力された所望の細胞密度が標的細胞密度として使用され、入力された将来時間が標的時間として使用され、かつ真核細胞が標的時間において標的細胞密度で提供されるように、実施される。 In a further aspect, the invention relates to a method for providing a desired cell density of eukaryotic cells at a defined future time. The method includes inputting a desired cell density and future time by a human user via an interface of control logic. Desired cell density represents the desired cell density of eukaryotic cells at the input future time. According to the method of any one of the embodiments described herein, control logic is used to control proliferation of eukaryotic cells. Growth control is performed such that the entered desired cell density is used as the target cell density, the entered future time is used as the target time, and the eukaryotic cells are provided at the target cell density at the target time. be done.
さらなる局面において、本発明は、真核細胞の増殖を制御するためのシステムに関する。システムは、規定の将来時間において規定の細胞数を生じるように制御されるべきである。システムは、制御論理と、制御論理を実行するように構成されたプロセッサとを含む。制御論理は、培養液中に真核細胞を含む第1タンクに動作可能に連結される。制御論理は、標的細胞密度および標的時間を受信するように構成される。例えば、標的細胞密度および標的時間は、ネットワークインターフェースから受信され得るか、制御論理の構成ファイルから読み込まれ得るか、またはグラフィカルユーザーインターフェースを介してユーザー入力として受信され得る。標的細胞密度は、標的時間における真核細胞の所望の細胞密度を表す。標的時間は将来の時点を表す。 In a further aspect, the invention relates to a system for controlling eukaryotic cell proliferation. The system should be controlled to produce a defined number of cells at a defined future time. The system includes control logic and a processor configured to execute the control logic. Control logic is operably coupled to a first tank containing eukaryotic cells in culture. The control logic is configured to receive a target cell density and a target time. For example, target cell density and target time may be received from a network interface, read from a configuration file of control logic, or received as user input via a graphical user interface. Target cell density represents the desired cell density of eukaryotic cells at the target time. The target time represents a future point in time.
システムは、複数の時間間隔のそれぞれについて(例えば、各時間間隔の開始時または終了時に)、
‐第1タンクの培養液中の真核細胞の測定細胞密度を受信する段階;
‐少なくとも測定細胞密度の関数として、標的時間における予測細胞密度を計算する段階;
‐予測細胞密度と標的細胞密度を比較する段階;
‐制御論理によって、予測細胞密度が標的細胞密度から逸脱している場合に第1タンク内の培養液の温度を調整する段階であって、予測細胞密度が標的細胞密度よりも低い場合には、制御論理は温度を0.1℃~1℃上げ、予測細胞密度が標的細胞密度よりも高い場合には、制御論理は温度を0.1℃~1℃下げる、段階
を含むサブ方法を実施するように構成される。
For each of the plurality of time intervals (e.g., at the beginning or end of each time interval), the system:
- receiving a measured cell density of eukaryotic cells in the culture medium of the first tank;
- calculating the predicted cell density at the target time as a function of at least the measured cell density;
- comparing the predicted cell density with the target cell density;
- adjusting the temperature of the culture medium in the first tank when the predicted cell density deviates from the target cell density according to the control logic, and if the predicted cell density is lower than the target cell density; The control logic is configured to perform a sub-method comprising increasing the temperature by 0.1° C. to 1° C. and, if the predicted cell density is higher than the target cell density, the control logic decreasing the temperature by 0.1° C. to 1° C. Ru.
態様に従って、システムは、第1タンク、および任意でまた1つまたは複数のさらなるタンクをさらに含む(細胞が、以前使用されたタンク内で所望の細胞密度に達した時に、さらなるタンクは第1タンクまたは別のタンクから細胞培養物を受け取ることができる)。 According to embodiments, the system further comprises a first tank, and optionally also one or more further tanks (when the cells reach a desired cell density in the previously used tank, the further tank is added to the first tank). or can receive cell culture from another tank).
態様に従って、第1タンクは、培養液中の細胞密度のオンライン測定を実施するための計器を含む。複数の時間間隔のそれぞれにおいて測定される真核細胞の細胞密度は、オンライン測定値である。 According to embodiments, the first tank includes an instrument for performing on-line measurements of cell density in the culture medium. The cell density of eukaryotic cells measured at each of the plurality of time intervals is an online measurement.
態様に従って、制御論理は、終了基準が満たされた時に少なくとも温度の調整を終了させるように構成される。終了基準は、例えば、標的時間に到達した、または測定細胞密度が標的細胞密度と等しいかもしくはそれよりも高いということであってよい。 According to an aspect, the control logic is configured to terminate at least the adjustment of the temperature when a termination criterion is met. Termination criteria may be, for example, that the target time has been reached or that the measured cell density is equal to or greater than the target cell density.
態様に従って、システムまたはその構成要素の1つ、例えば制御論理は、グラフィカルユーザーインターフェース (GUI) を提供するように構成される。GUIは、制御論理が予測細胞密度を計算し始める前に、ユーザーが標的時間および標的細胞密度を入力できるようにする。GUIはまた、制御論理が複数の時間間隔において予測細胞密度を計算している間、ユーザーが標的時間および/または標的細胞密度を修正できるようにし得る。 In accordance with embodiments, the system or one of its components, such as control logic, is configured to provide a graphical user interface (GUI). The GUI allows the user to enter the target time and target cell density before the control logic begins calculating the predicted cell density. The GUI may also allow a user to modify the target time and/or target cell density while the control logic calculates the predicted cell density at multiple time intervals.
態様に従って、システムは少なくとも第1タンクおよび第2タンクを含む。第1タンクは、ユーザーが、第1タンク内の培養液およびその中に含まれる真核細胞を第1タンクから第2タンクに移動できるように適合化される。例えば、第1タンクは、細胞を含む培地を第1タンクから第2タンクに手動でまたは自動的に移動させるための開口部またはパイプを含み得る。 According to embodiments, the system includes at least a first tank and a second tank. The first tank is adapted to allow a user to transfer the culture medium in the first tank and the eukaryotic cells contained therein from the first tank to the second tank. For example, the first tank may include an opening or pipe for manually or automatically transferring the medium containing the cells from the first tank to the second tank.
第2タンクは第1タンクよりも大きく、細胞を含む培地および付加的な無細胞培地を受け取るように、ならびに移動させた真核細胞を増殖させるように適合化される。 The second tank is larger than the first tank and is adapted to receive the cell-containing medium and additional cell-free medium, as well as to grow the transferred eukaryotic cells.
制御論理は、例えば記憶媒体からさらなる標的時間を読み込むことにより、またはユーザーからGUIもしくはネットワークインターフェースを介して標的時間を受信することにより、さらなる標的細胞密度およびさらなる標的時間を受信するように構成される。さらなる標的細胞密度は、さらなる標的時間における真核細胞の所望の細胞密度を表す。さらなる標的時間は、(細胞を第1タンクから第2タンクに移動させた時間よりも後の)将来の時点を表す。 The control logic is configured to receive additional target cell densities and additional target times, for example by reading additional target times from a storage medium or by receiving target times from a user via a GUI or network interface. . The additional target cell density represents the desired cell density of eukaryotic cells at the additional target time. Additional target times represent future time points (after the time the cells were transferred from the first tank to the second tank).
第2タンクの細胞密度計は、本明細書において「さらなる時間間隔」または「さらなる予測時間間隔」と称される複数の時間間隔のそれぞれについて、第2タンクの培養液中の真核細胞の細胞密度を測定するように構成される。制御論理は、さらなる時間間隔のそれぞれについて、
‐少なくとも該測定細胞密度の関数として、さらなる標的時間におけるさらなる予測細胞密度を計算すること;
‐さらなる予測細胞密度とさらなる標的細胞密度を比較すること;
‐さらなる予測細胞密度がさらなる標的細胞密度から逸脱している場合に、第2タンク内の培養液の温度を調整すること
を行うように構成される。調整は、さらなる予測細胞密度がさらなる標的細胞密度よりも低い場合には、温度を0.1℃~1℃上げること;またはさらなる予測細胞密度がさらなる標的細胞密度よりも高い場合には、温度を0.1℃~1℃下げることを含む。
The cell densitometer in the second tank measures the number of eukaryotic cells in the culture medium in the second tank for each of a plurality of time intervals, referred to herein as "further time intervals" or "further predicted time intervals." configured to measure density. The control logic is configured such that for each further time interval,
- calculating further predicted cell densities at further target times, at least as a function of said measured cell densities;
- Comparing further predicted cell densities with further target cell densities;
- configured to adjust the temperature of the culture medium in the second tank if the further predicted cell density deviates from the further target cell density; The adjustment is to increase the temperature by 0.1°C to 1°C if the further predicted cell density is lower than the further target cell density; or to increase the temperature by 0.1°C if the further predicted cell density is higher than the further target cell density. Including lowering by ~1°C.
態様に従って、第1タンクは、バッチ培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターである。第2タンクは、第1タンクよりも大きく、バッチ培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターである。第1タンクおよび第2タンクは、生産バイオリアクターに接種するための規定された最小数の細胞を生成するためのシードトレイン培養工程において用いられるように適合化される。 According to embodiments, the first tank is a bioreactor configured to grow the cell culture as a batch culture. The second tank is a bioreactor that is larger than the first tank and configured to grow the cell culture as a batch culture. The first tank and the second tank are adapted for use in a seed train culture process to generate a defined minimum number of cells for inoculating a production bioreactor.
態様に従って、第2タンクは、第2タンク内の細胞密度を測定するための計器を含み、かつ制御論理の温度制御コマンドに従って第2タンク内の培地の温度を調整するための温度制御装置を含む。 According to embodiments, the second tank includes an instrument for measuring cell density in the second tank and includes a temperature control device for adjusting the temperature of the medium in the second tank according to temperature control commands of the control logic. .
態様に従って、第1タンクは、生産前バッチ培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターである。第2タンクは、第1タンクよりも大きく、生産培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターである。 According to embodiments, the first tank is a bioreactor configured to grow the cell culture as a pre-production batch culture. The second tank is a bioreactor that is larger than the first tank and configured to grow the cell culture as a production culture.
態様に従って、真核細胞は、哺乳動物細胞、特にチャイニーズハムスター卵巣 (CHO) 細胞である。 According to an embodiment, the eukaryotic cell is a mammalian cell, in particular a Chinese hamster ovary (CHO) cell.
態様に従って、第1タンク内の培養液は、500 Lまたはそれ未満の容積を有する。 According to embodiments, the culture medium in the first tank has a volume of 500 L or less.
態様に従って、制御論理は、複数の時間間隔のそれぞれについて、
‐所定の長さを有し、かつ現在の時間間隔の終了時に終了する現在の観察間隔を、現在の時間間隔について規定すること;および
‐現在の観察間隔中に測定されたすべての細胞密度を受信すること
を実施するように構成される。
According to an aspect, the control logic, for each of the plurality of time intervals,
- define for the current time interval a current observation interval that has a predetermined length and ends at the end of the current time interval; and - defines all cell densities measured during the current observation interval. and configured to perform receiving.
少なくとも測定細胞密度の関数として予測細胞密度を計算することは、標的時間まで、現在の観察間隔中に測定された細胞密度を外挿することを含む。 Calculating the predicted cell density as a function of at least the measured cell density includes extrapolating the cell density measured during the current observation interval up to the target time.
態様に従って、外挿は、現在の観察時間中に測定された細胞密度に対して、カーブフィッティング操作または回帰分析を実施することを含む。 According to embodiments, extrapolation involves performing a curve fitting operation or regression analysis on the cell density measured during the current observation time.
態様に従って、時間間隔は等しい長さである。 According to embodiments, the time intervals are of equal length.
態様に従って、時間間隔は異なる長さである。特に、細胞培養プロジェクトの最後の3分の1における少なくともいくつかの時間間隔は、細胞培養プロジェクトの最初の3分の1における時間間隔よりも短い。 Depending on the embodiment, the time intervals are of different lengths. In particular, at least some time intervals in the last third of the cell culture project are shorter than time intervals in the first third of the cell culture project.
いくつかの態様に従って、制御論理は、現在時間が標的時間に近いかどうかを判定するように構成される。現在時間が標的時間に近いという判定に応答して、制御論理は、複数の時間間隔のうちの将来のすべての時間間隔の長さを短縮する。 According to some aspects, control logic is configured to determine whether the current time is close to the target time. In response to determining that the current time is close to the target time, the control logic shortens the length of all future time intervals of the plurality of time intervals.
態様に従って、複数の時間間隔のそれぞれは、30分未満、優先的に10分未満の範囲内の継続時間、例えば1~10分の範囲内の継続時間を有する。 According to an embodiment, each of the plurality of time intervals has a duration in the range of less than 30 minutes, preferentially less than 10 minutes, such as in the range of 1 to 10 minutes.
態様に従って、観察間隔の所定の長さは、60分~480分の範囲内である。 According to embodiments, the predetermined length of the observation interval is within the range of 60 minutes to 480 minutes.
態様に従って、温度の調整は、温度を0.1℃~0.5℃、優先的に0.1℃~0.2℃上げること、または温度を0.1℃~0.5℃、優先的に0.1℃~0.2℃下げることを含む。 According to embodiments, adjusting the temperature comprises increasing the temperature by 0.1°C to 0.5°C, preferentially 0.1°C to 0.2°C, or decreasing the temperature by 0.1°C to 0.5°C, preferentially 0.1°C to 0.2°C.
態様に従って、制御論理は、制御論理による第1タンクの以前の温度調整から少なくともある調整時間間隔が経過した場合にのみ、該第1タンクの温度調整を実施するように構成される。調整時間間隔の継続時間は、60~120分の範囲内である。 According to an aspect, the control logic is configured to perform a temperature adjustment of the first tank only if at least an adjustment time interval has elapsed since a previous temperature adjustment of the first tank by the control logic. The duration of the adjustment time interval is within the range of 60-120 minutes.
態様に従って、制御論理は、(例えば、GUIを提供することにより)人のユーザーが、制御論理のインターフェースを介して、所望の細胞密度、および該所望の細胞密度に到達する将来時間を入力できるように構成される。所望の細胞密度は、入力された将来時間における真核細胞の所望の細胞密度を表す。制御論理はさらに、本明細書に記載される態様のいずれか1つに従って、真核細胞の増殖を制御するように構成される。増殖制御は、入力された所望の細胞密度が標的細胞密度として使用され、入力された将来時間が標的時間として使用され、かつ真核細胞が標的時間において標的細胞密度で提供されるように、実施される。 According to embodiments, the control logic allows a human user (e.g., by providing a GUI) to input a desired cell density and a future time to reach the desired cell density through an interface of the control logic. It is composed of Desired cell density represents the desired cell density of eukaryotic cells at the input future time. The control logic is further configured to control proliferation of eukaryotic cells according to any one of the embodiments described herein. Growth control is performed such that the entered desired cell density is used as the target cell density, the entered future time is used as the target time, and the eukaryotic cells are provided at the target cell density at the target time. be done.
本明細書で用いられる「タンク」とは、液体を保持、輸送、または貯蔵するための容器である。タンクは、例えば、バイオリアクター、特に生産前もしくは生産バイオリアクター、バイアル、または回収もしくは輸送タンクであってよい。例えば、タンクは、細胞の維持または増殖を可能にする一連の制御された物理的条件下で、液体培養液中の複数の細胞(例えば、組換え哺乳動物細胞)を培養するのに適した内容積を有する容器であってよい。タンクの非限定的な例は、バイオリアクター(例えば、本明細書に記載されているか、または当技術分野で公知の例示的なバイオリアクターのいずれか)である。 A "tank" as used herein is a container for holding, transporting, or storing a liquid. The tank may be, for example, a bioreactor, in particular a pre-production or production bioreactor, a vial, or a recovery or transport tank. For example, a tank has contents suitable for culturing a plurality of cells (e.g., recombinant mammalian cells) in liquid culture under a set of controlled physical conditions that allow maintenance or proliferation of the cells. It may be a container with a volume. A non-limiting example of a tank is a bioreactor (eg, any of the exemplary bioreactors described herein or known in the art).
本明細書で用いられる「バイオリアクター」とは、生物またはそのような生物に由来する生化学的活性物質を伴う化学的工程が行われる槽である。この工程は、例えば好気性または嫌気性であってよい。形状(例えば、円筒形またはその他)、サイズ(例えば、ミリリットル、リットル~立方メートル)、および材料(ステンレス鋼、ガラス、プラスチック、等)が異なる、複数の異なるバイオリアクタータイプが存在する。態様に従って、バイオリアクターは、細胞培養において細胞または組織を増殖させるように適合化される。態様および/または動作様式に応じて、バイオリアクターは、バッチバイオリアクター、流加バイオリアクター、または連続バイオリアクター(例えば、連続撹拌タンクリアクターモデル)であってよい。連続バイオリアクターの一例はケモスタットである。 As used herein, a "bioreactor" is a vessel in which a chemical process involving an organism or a biochemically active substance derived from such an organism is carried out. This process may be, for example, aerobic or anaerobic. A number of different bioreactor types exist, differing in shape (eg, cylindrical or otherwise), size (eg, milliliters, liters to cubic meters), and materials (stainless steel, glass, plastic, etc.). According to embodiments, the bioreactor is adapted to grow cells or tissues in cell culture. Depending on the embodiment and/or mode of operation, the bioreactor may be a batch bioreactor, a fed-batch bioreactor, or a continuous bioreactor (eg, a continuous stirred tank reactor model). An example of a continuous bioreactor is a chemostat.
本明細書で用いられる「制御論理」は、一つのプログラム論理、例えば、アプリケーションプログラムまたはモジュール、コンピューターチップ、あるいは細胞培養物を含むタンクから1つまたは複数の測定値を受信および処理するように、該測定値を処理するように、ならびに細胞培養物の増殖を制御するために、タンクまたはタンクに動作可能に連結されたハードウェアモジュールに1つまたは複数の制御コマンドを送信するように構成された別の一つのソフトウェア、ハードウェア、もしくはファームウェア、またはそれらの組み合わせである。例えば、制御論理は、バイオリアクターモニタリングソフトウェアおよび制御ソフトウェアの一部であるか、またはこれと相互運用するプログラムモジュールであってよい。制御論理はまた、実験室情報管理システム (LIMS) の一部であってもよい。 As used herein, "control logic" refers to a piece of program logic, e.g., an application program or module, a computer chip, or a tank containing a cell culture, configured to receive and process one or more measurements from a tank containing a cell culture. configured to process the measurements as well as to send one or more control commands to the tank or a hardware module operably coupled to the tank to control growth of the cell culture. Another piece of software, hardware, or firmware, or a combination thereof. For example, the control logic may be a program module that is part of or interoperates with the bioreactor monitoring and control software. The control logic may also be part of a laboratory information management system (LIMS).
タンクに「動作可能に連結された」「測定装置」または「計器」は、例えば、恒久的または一時的にタンクの内部に配置されるかまたはタンクの壁に連結され、タンクまたはその中に含まれる細胞培養物もしくは培養液の1つまたは複数の物理学的または化学的パラメーターを測定するように構成された測定装置であってよい。測定は、コマンドに応答して、または定期的に自動的に実施され得る。 A “measuring device” or “instrument” that is “operably connected” to a tank is, for example, permanently or temporarily located inside the tank or connected to a wall of the tank and included in or on the tank. The measuring device may be a measuring device configured to measure one or more physical or chemical parameters of a cell culture or culture medium. Measurements may be performed automatically in response to commands or periodically.
本明細書で用いられる「オンライン測定」とは、タンクまたはその中に含まれる細胞培養物もしくは培養液の状態特徴を説明する測定値を得る工程であって、測定を実施するのに必要な期間が、該特徴が有意に変化する時間よりも短い工程である。有意な変化は、所定の閾値を超える変化であってよい。例えば、5%を超える変化が有意な変化と見なされ得る。閾値は、異なる特徴によって変動し得る。オンライン測定により、バイオリアクターをリアルタイムで制御することが可能になり得る。特に、用いられる「オンライン測定」は、直接的に、すなわち培地から試料を採取して該試料を測定することなく、タンクまたはその中に含まれる細胞培養物もしくは培養液に対して直接実施される測定であってよい。 As used herein, "on-line measurement" is the process of obtaining measurements that characterize the condition of a tank or the cell culture or medium contained therein, over a period of time necessary to perform the measurement. is a process shorter than the time for which the characteristic changes significantly. A significant change may be a change that exceeds a predetermined threshold. For example, a change of greater than 5% may be considered a significant change. The threshold may vary depending on different characteristics. Online measurements may make it possible to control the bioreactor in real time. In particular, the "on-line measurements" used are carried out directly, i.e. directly on the tank or on the cell culture or medium contained therein, without taking a sample from the culture medium and measuring said sample. It may be a measurement.
「オフライン測定」とは、タンクまたはその中に含まれる細胞培養物もしくは培養液の状態特徴を説明する測定値を得る工程であって、測定を実施するのに必要な期間が、該特徴が有意に変化し得る時間よりも長い工程である。有意な変化は、所定の閾値を超える変化であってよい。オフライン測定の典型例は、例えば現在の細胞密度を測定するための、培地の自動、半自動、または手動サンプリングである。オフライン測定は、不連続なサンプリング工程に基づいている。試料を採取してから、その間にバイオリアクター特徴が変化している可能性があるので、測定の時点と各制御操作を実施する時点との間にはかなりの待ち時間があるために、オフライン測定データに基づくバイオリアクターの制御は低品質になる傾向がある。有意な変化は、各状態特徴に応じて、所定の閾値、例えば2%または任意の他の割合値を超える変化であってよい。 "Off-line measurement" is the process of obtaining measurements that describe a characteristic of the condition of a tank or the cell culture or medium contained therein, in which the period of time required to perform the measurement is such that the characteristic is significant. It is a process that takes longer than the time that can change. A significant change may be a change that exceeds a predetermined threshold. Typical examples of off-line measurements are automatic, semi-automatic or manual sampling of the medium, eg to determine the current cell density. Off-line measurements are based on discrete sampling steps. Off-line measurements are not recommended due to the significant latency between the time of measurement and the time each control operation is performed, since the bioreactor characteristics may have changed since the sample was taken. Data-driven bioreactor controls tend to be of low quality. A significant change may be a change above a predetermined threshold, such as 2% or any other percentage value, depending on each state characteristic.
「温度をX℃上げるまたは下げる」ということは、例として、例えば細胞密度の予測が実施されるのと同時に、物体の温度を、測定された現在の温度に対して上げるまたは下げることを意味する。態様に従って、タンクはオンライン温度計を含む。 "Raising or lowering the temperature by X °C" means, by way of example, raising or lowering the temperature of an object relative to the measured current temperature at the same time that a prediction of cell density is carried out, for example. . According to embodiments, the tank includes an on-line thermometer.
本明細書で用いられる「カーブフィッティング」の工程とは、おそらくは制約を受けた、一連のデータ点(この場合:測定細胞密度)に最もよく当てはまる曲線または数学関数を構築する工程である。カーブフィッティングは、データへの正確な当てはめ、またはデータにおおよそ当てはまる「平滑」関数が構築される平滑化のいずれかを伴い得る。 As used herein, the process of "curve fitting" is the process of constructing a curve or mathematical function that best fits a set of data points (in this case: measured cell density), possibly subject to constraints. Curve fitting may involve either an exact fit to the data or a smoothing in which a "smooth" function is constructed that approximately fits the data.
本明細書で用いられる「回帰分析」は、ランダムな誤差と共に観察されるデータに当てはめられる曲線に不確実性がどれだけ存在するかなど、統計的推測の問題にさらに焦点を当てる工程である。当てはめられた曲線は、任意にGUI上に表示される。当てはめられた曲線は、データが利用できない関数の値を推測するために、および2つまたはそれ以上の変数間の関係を要約するために用いられる。 As used herein, "regression analysis" is a process that further focuses on problems of statistical inference, such as how much uncertainty exists in the curve fit to the observed data along with random errors. The fitted curve is optionally displayed on the GUI. Fitted curves are used to infer the values of functions for which data are not available and to summarize relationships between two or more variables.
本明細書で用いられる「回帰分析」という用語は、変数間の関係を推定し、その関係を関数、例えば線形または非線形曲線関数で表すための統計的工程を指す。最も一般的には、回帰分析は、独立変数を考慮した従属変数の条件付き期待値、すなわち独立変数が固定された場合の従属変数の平均値を推定する。例えば、将来時間と予測細胞密度の関係を推定するために、現在の測定細胞密度および増殖モデル、例えば線形または対数増殖モデルを用いることができる。回帰分析を行うための多く技法が開発されてきた。例えば、線形回帰または通常の最小二乗回帰を用いることができる。回帰分析の実施は、分類で用いられる離散応答変数とは対照的に、連続応答変数の推定を含み得る(メトリック (metric) 回帰)。 As used herein, the term "regression analysis" refers to a statistical process for estimating a relationship between variables and representing that relationship as a function, such as a linear or nonlinear curve function. Most commonly, regression analysis estimates the conditional expected value of a dependent variable given the independent variables, that is, the mean value of the dependent variable if the independent variables were held fixed. For example, current measured cell density and a growth model, such as a linear or logarithmic growth model, can be used to estimate the relationship between future time and predicted cell density. Many techniques have been developed for performing regression analysis. For example, linear regression or ordinary least squares regression can be used. Performing a regression analysis may involve estimating a continuous response variable, as opposed to a discrete response variable used in classification (metric regression).
本明細書で用いられる「外挿」という用語は、観察データの範囲を超えて伸びる予測データ値を計算するために、観察データを使用すること、または(例えば、観察データを当てはめるかもしくは内挿することにより)観察データから導出された曲線を使用することを指す。例えば、外挿は、過去の時間間隔において得られた観察データ値を通して曲線を当てはめることによって、将来データ値を予測し得る。曲線は線形または非線形曲線であってよい。観察データの範囲は、例えば、細胞密度が特定のタンク内で測定された過去の時間間隔であってよい。該時間間隔は、本明細書において「観察間隔」とも称される。観察時間間隔は、各予測について新規に決定されるため、「現在の観察間隔」とも称される。将来の曲線部の計算は、観察データを反映するのと同じ程度に、曲線を構築するために用いられた方法を反映する可能性があるため、ある程度の不確実性を被る。 As used herein, the term "extrapolation" refers to the use of observed data to calculate predicted data values that extend beyond the range of the observed data (e.g., by fitting or interpolating observed data). (by) using a curve derived from observed data. For example, extrapolation may predict future data values by fitting a curve through observed data values obtained in past time intervals. The curve may be a linear or non-linear curve. The range of observation data may be, for example, historical time intervals during which cell density was measured within a particular tank. The time interval is also referred to herein as the "observation interval." Since the observation time interval is determined anew for each prediction, it is also referred to as the "current observation interval." Calculations of future curve sections are subject to some degree of uncertainty because they may reflect the method used to construct the curve as much as they reflect observed data.
真核細胞は、特に、任意のヒトおよび非ヒト哺乳動物(例えば、ヒト、ハムスター、マウス、ミドリサル、ラット、ブタ、ウシ、またはウサギ)に由来する細胞であってよい。例えば、哺乳動物細胞は不死化細胞であってよい。いくつかの態様において、哺乳動物細胞は分化細胞である。いくつかの態様において、哺乳動物細胞は未分化細胞である。哺乳動物細胞のさらなる例は、当技術分野で公知である。 Eukaryotic cells may be cells derived from any human and non-human mammal, such as humans, hamsters, mice, green monkeys, rats, pigs, cows, or rabbits, among others. For example, the mammalian cell may be an immortalized cell. In some embodiments, the mammalian cell is a differentiated cell. In some embodiments, the mammalian cell is an undifferentiated cell. Additional examples of mammalian cells are known in the art.
本明細書で用いられる「シードトレイン工程」という用語は、第1細胞培養物における出発細胞(例えば、組換え哺乳動物細胞)数が、0.25 x 106個/mLを超える初期細胞密度で典型的な生産バイオリアクターに接種するのに十分な数の細胞を含むN - 1細胞培養物に拡大される多段階法である。したがって、シードトレインタンクは、シードトレイン工程において用いられるように適合化された槽またはバイオリアクターである。シードトレインの目的は、生産バイオリアクターに接種するのに十分な数の細胞を生成することである。細胞株の維持に用いられる融解容積から、継代ごとにより大きくなる多くの培養システム(例えば、Tフラスコ、ローラーボトルまたは振盪フラスコ、小規模バイオリアクターシステム、およびその後のより大きなバイオリアクター)に細胞を通すことによって、細胞数を増加させなければならない。単回使用システムを適用することができ、システムに部分的に充満した状態で接種し、その後培地の添加により培養容積を増加させる)。典型的に、生産バイオリアクターには、最も大きなシードドレイン規模のものから接種する。シードトレインは、例えばある規模からより大きな規模へ細胞を継代するための最適な時点の選択といった最適化のためのスペースを提供する。いくつかの態様に従って、シードトレイン工程において用いられる各タンク内の細胞は、規定の時間内に、生産バイオリアクターの標的細胞密度と同じ細胞密度まで増殖させる。シードトレインタンクおよび生産タンクのそれぞれにおいて、本明細書に記載される態様による増殖制御法を、同じ共通の標的細胞密度に基づいて適用することができる(しかし典型的には、各シードトレイン段階の工程特殊性に応じて、標的時間は異なる。他の態様において、シードトレイン工程における異なる段階は、異なる標的細胞密度を使用する。 As used herein, the term "seed train step" means that the number of starting cells (e.g., recombinant mammalian cells) in the first cell culture is typically at an initial cell density of greater than 0.25 x 10 cells/mL. It is a multi-step method that is scaled up to N-1 cell cultures containing a sufficient number of cells to inoculate a production bioreactor. A seed train tank is therefore a vessel or bioreactor adapted for use in a seed train process. The purpose of the seed train is to generate a sufficient number of cells to inoculate the production bioreactor. From the thawing volume used to maintain the cell line, cells are transferred to a number of culture systems that grow larger with each passage (e.g., T-flasks, roller bottles or shake flasks, small-scale bioreactor systems, and subsequently larger bioreactors). By passage, the number of cells must be increased. A single-use system can be applied, inoculating the system partially full and then increasing the culture volume by addition of medium). Typically, production bioreactors are inoculated from the largest seed drain scale. Seed trains provide space for optimization, such as choosing the optimal time point for passage of cells from one scale to a larger scale. According to some embodiments, the cells in each tank used in the seed train process are grown to a cell density that is the same as the target cell density of the production bioreactor within a defined period of time. In each of the seed train tanks and production tanks, growth control methods according to embodiments described herein can be applied based on the same common target cell density (but typically at each seed train stage). Depending on process specificity, target times will vary. In other embodiments, different stages in the seed train process use different target cell densities.
本明細書で用いられる「バッチ培養」とは、バッチ様式で操作されるタンク内で増殖が行われる細胞培養である。タンク、例えばバイオリアクターがバッチ様式で操作される場合、培地は全培養期間を通して同じままである。したがって、培養液には(流加工程のように)追加も補充もされず、また(ケモスタットバイオリアクターのように)培養液が部分的に交換されることもない。バッチ培養において、バッチ培養における細胞数の増加と定義される細胞の増殖は典型的に、初期恒常性(遅滞期)の後に非常に強く増加し(対数期)、次いで徐々に減少し(移行期/「静止期」)、必要に応じて負となる(衰退期)。バッチ培養における増殖の停滞の理由は、栄養培地の枯渇および毒性物質の蓄積である。 As used herein, a "batch culture" is a cell culture in which growth occurs in tanks that are operated in a batch mode. If the tank, e.g. a bioreactor, is operated in batch mode, the medium remains the same throughout the entire cultivation period. Therefore, the culture medium is not added or replenished (as in a flow process), nor is it partially replaced (as in a chemostat bioreactor). In batch culture, cell proliferation, defined as the increase in cell number in batch culture, typically increases very strongly (log phase) after an initial homeostasis (lag phase), then gradually decreases (transition phase). / “stationary phase”), and becomes negative if necessary (decline phase). The reason for growth stagnation in batch culture is the depletion of the nutrient medium and the accumulation of toxic substances.
本明細書で用いられる「流加培養」とは、流加様式で操作されるタンク内で増殖が行われる細胞培養である。タンクは、特に、液体培養液中に複数の細胞を含む生産タンクであってよい。流加様式では、培養中にタンクから液体培養液が実質的にまたは著しく除去されることなく、新鮮な液体培養液が定期的にまたは連続してタンクに添加される。新鮮な培養液は、培養の開始時にタンク内に存在した培養液と同じであってよい。流加培養のいくつかの例において、新鮮な液体培養液は、培養の開始時にタンク内に存在した液体培養液の濃縮型である。 As used herein, a "fed-batch culture" is a cell culture in which growth occurs in tanks operated in a fed-batch mode. The tank may in particular be a production tank containing a plurality of cells in a liquid culture. In fed-batch mode, fresh liquid culture medium is periodically or continuously added to the tank without substantial or significant removal of liquid culture medium from the tank during cultivation. The fresh culture medium may be the same culture medium that was present in the tank at the beginning of the culture. In some instances of fed-batch culture, the fresh liquid culture is a concentrated form of the liquid culture that was present in the tank at the beginning of the culture.
本明細書で用いられる「グラフィカルユーザーインターフェース (GUI)」とは、ユーザーがグラフィカルアイコンおよび視覚的インジケーターを通して電子装置、例えばコンピューターまたはスマートホンと相互作用できるようにする、一種のユーザーインタフェースである。GUIは、ユーザーがGUIのグラフィカル要素(例えば、アイコン、ボタン、バー、テキスト領域、等)の直接操作を通して、ソフトウェアおよび/またはハードウェアベースの機能、例えば制御論理またはタンクのハードウェアモジュール(例えば、サーモスタット)を制御できるようにする。 As used herein, a "graphical user interface (GUI)" is a type of user interface that allows a user to interact with an electronic device, such as a computer or a smartphone, through graphical icons and visual indicators. A GUI allows the user, through direct manipulation of graphical elements of the GUI (e.g. icons, buttons, bars, text areas, etc.), to implement software and/or hardware-based functions, e.g. control logic or hardware modules of a tank (e.g. thermostat).
「培養」または「細胞培養」という用語は、一連の制御された物理的条件下での哺乳動物細胞(例えば、組換え哺乳動物細胞)の維持または増殖を意味する。「哺乳動物細胞の培養物」または「細胞培養物」という用語は、一連の制御された物理的条件下で維持されるかまたは増殖される、複数の哺乳動物細胞を含有する液体培養液を意味する。 The term "culture" or "cell culture" refers to the maintenance or growth of mammalian cells (eg, recombinant mammalian cells) under a controlled set of physical conditions. The term "culture of mammalian cells" or "cell culture" means a liquid culture containing a plurality of mammalian cells that is maintained or grown under a set of controlled physical conditions. do.
「液体培養液」または「培養液」という用語は、細胞(例えば、哺乳動物細胞または細菌)がインビトロで成長または増殖することを可能にするのに十分な栄養素を含有する液体を意味する。例えば、液体培養液は:アミノ酸、プリン、ピリミジン、コリン、イノシトール、チアミン、葉酸、ビオチン、カルシウム、ナイアシンアミド、ピリドキシン、リボフラビン、チミジン、シアノコバラミン、ピルビン酸、リポ酸、マグネシウム、グルコース、微量金属または金属塩、および緩衝剤を含有し得る。いくつかの態様において、液体培養液は哺乳動物由来の血清を含有し得る。いくつかの態様において、液体培養液は哺乳動物成長ホルモンおよび/または哺乳動物増殖因子を含有し得る。あるいは、培養液は最少培地(例えば、無機塩、炭素源、および水のみを含有する培地)であってよい。培地は、哺乳動物由来の血清を含み得る。培地は、化学成分のすべてが公知である既知組成培養液であってよい。 The term "liquid culture medium" or "culture medium" means a liquid containing sufficient nutrients to allow cells (eg, mammalian cells or bacteria) to grow or multiply in vitro. For example, liquid culture solutions include: amino acids, purines, pyrimidines, choline, inositol, thiamine, folic acid, biotin, calcium, niacinamide, pyridoxine, riboflavin, thymidine, cyanocobalamin, pyruvate, lipoic acid, magnesium, glucose, trace metals or metals. It may contain salts, and buffers. In some embodiments, the liquid culture medium can contain serum from a mammal. In some embodiments, the liquid culture medium may contain mammalian growth hormone and/or mammalian growth factors. Alternatively, the culture medium may be a minimal medium (eg, a medium containing only inorganic salts, a carbon source, and water). The medium may contain serum from a mammal. The medium may be a chemically defined culture medium in which all chemical components are known.
態様に従って、細胞は、組換えタンパク質もしくはペプチド、例えば免疫グロブリン、または他の形態の生物学的産物を産生するように適合化される。「組換え」または「操作された」という用語は、生物(例えば、哺乳動物)の中に存在する内因性核酸によって天然ではコードされないペプチドまたはポリペプチドを意味する。操作されたタンパク質の例には、酵素、融合タンパク質、抗体、抗原結合タンパク質、および製薬工業または生物医学研究において用いられる他の種類のペプチドまたはタンパク質が含まれる。 According to embodiments, the cells are adapted to produce recombinant proteins or peptides, such as immunoglobulins, or other forms of biological products. The term "recombinant" or "engineered" refers to a peptide or polypeptide that is not naturally encoded by endogenous nucleic acids present in an organism (eg, a mammal). Examples of engineered proteins include enzymes, fusion proteins, antibodies, antigen binding proteins, and other types of peptides or proteins used in the pharmaceutical industry or biomedical research.
態様に従って、制御論理は、第1タンクの培地中の所定の最小細胞密度が測定された後、比較結果に基づいて第1タンク内の温度を調整し始める。最小細胞密度は、例えば100000個/mLであってよい。予測精度は、高い密度値よりも低い密度値でより低いため、これは有益であり得る。さらに、特に細胞培養プロジェクトの開始時において、温度はしたがって、速い増殖速度に最適な温度のままであってよく、増殖速度の「微調整」は、不必要な遅延を回避するために細胞培養プロジェクトの後の期まで遅延され得る。 According to embodiments, the control logic begins to adjust the temperature in the first tank based on the comparison results after a predetermined minimum cell density in the medium of the first tank is measured. The minimum cell density may be, for example, 100000 cells/mL. This can be beneficial because the prediction accuracy is lower at low density values than at high density values. Additionally, the temperature may therefore remain optimal for fast growth rates, especially at the beginning of a cell culture project, and "fine-tuning" of growth rates may be necessary to avoid unnecessary delays in cell culture projects. may be delayed until a later period.
いくつかの態様に従って、制御論理は、制御論理による特定タンクの以前の温度調整から少なくともある調整時間間隔が経過した場合にのみ、該タンクの温度調整を実施する。 In accordance with some aspects, control logic performs a temperature adjustment of a particular tank only if at least an adjustment time interval has elapsed since a previous temperature adjustment of the particular tank by the control logic.
いくつかの態様に従って、システムは、細胞培養プロジェクトが開始する前にユーザーが調整間隔を指定できるようにし、および任意にプロジェクトの実行中にユーザーが調整間隔を動的に修正できるようにする。例えば、GUIは、ユーザーが、標的時間、標的細胞密度、およびさらなる最適な制御パラメーターに加えて、「調整間隔」も指定できるようにし得る。 According to some embodiments, a system allows a user to specify adjustment intervals before a cell culture project begins, and optionally allows a user to dynamically modify adjustment intervals during project execution. For example, the GUI may allow the user to specify target time, target cell density, and additional optimal control parameters, as well as "adjustment intervals."
本明細書で用いられる「調整間隔」とは、制御論理が同じタンクの温度を再調整することが可能になるまでに、制御論理によって以前に行われた温度調整から経過していなければならない最小時間である。優先的に、調整間隔は、およそ60~120分の範囲内の継続時間を有する。 As used herein, "adjustment interval" means the minimum amount of time that must elapse from a previous temperature adjustment made by the control logic before the control logic can readjust the temperature of the same tank. It's time. Preferentially, the adjustment interval has a duration within the range of approximately 60-120 minutes.
調整間隔は、制御論理があまりにも頻繁に温度を変更するのを禁止するため、上記の指定範囲内の調整間隔を使用することは有益であり得る。細胞の代謝が異なる温度に高頻度で適応しなければならないため、これは細胞の全体の増殖速度に負の影響を及ぼした可能性がある。 It may be beneficial to use an adjustment interval within the above specified range because the adjustment interval prohibits the control logic from changing the temperature too frequently. This may have had a negative impact on the overall growth rate of the cells, as the cell's metabolism must frequently adapt to different temperatures.
本明細書で用いられる「生産タンク」という用語は、静止期の細胞を培養するように適合化された大規模タンク、特に大規模バイオリアクターを指す。生産タンクは典型的に、所望の生物学的産物、例えばタンパク質またはペプチドを生産し、および任意に回収するために用いられる。大規模タンクは、例えば、500 L、1,000 L、5,000 L、10,000 L、20,000 L、50,000 L、または100,000 Lを超える内部容積を有する。例えば、生産タンクは灌流バイオリアクターであってよい。 As used herein, the term "production tank" refers to a large-scale tank, particularly a large-scale bioreactor, adapted to culture cells in stationary phase. Production tanks are typically used to produce and optionally recover a desired biological product, such as a protein or peptide. Large tanks have an internal volume of, for example, more than 500 L, 1,000 L, 5,000 L, 10,000 L, 20,000 L, 50,000 L, or 100,000 L. For example, the production tank may be a perfusion bioreactor.
本明細書で用いられる「灌流バイオリアクター」という用語は、液体培養液中の複数の細胞(例えば、組換え哺乳動物細胞)を培養するための内部容積を有し、バイオリアクター中の液体培養液を定期的にまたは連続して取り出すための手段(例えば、出口、入口、ポンプ、または他のそのような装置)を有し、かつバイオリアクターに実質的に同じ容積の交換液体培養液を添加するための手段(例えば、出口、入口、ポンプ、または他のそのような装置)を有するバイオリアクターを指す。交換液体培養液の添加は、バイオリアクターからの液体培養液の取り出しと実質的に同時に、またはその直後に実施することができる。バイオリアクターから液体培養液を取り出すための手段、および交換液体培養液を添加するための手段は、単一装置またはシステムであってよい。
[本発明1001]
真核細胞の増殖を制御するための方法であって、
‐制御論理 (116) によって、標的細胞密度 (114) および標的時間 (112) を受信する段階であって、該標的細胞密度は該標的時間における真核細胞の所望の細胞密度を表し、該標的時間は将来の時点を表す、段階;
‐該真核細胞を第1タンク (130) の培養液 (M1) 中で培養する段階;
複数の時間間隔のそれぞれについて、
・該培養液中の該真核細胞の細胞密度 (122) を測定する段階;
・該制御論理によって、少なくとも該測定細胞密度の関数として、該標的時間における予測細胞密度を計算する段階;
・該制御論理によって、該予測細胞密度と該標的細胞密度を比較する段階;
・該制御論理によって、
‐該予測細胞密度が該標的細胞密度よりも低い場合には温度を0.1℃~1℃上げることにより、または
‐該予測細胞密度が該標的細胞密度よりも高い場合には温度を0.1℃~1℃下げることにより、
該予測細胞密度が該標的細胞密度から逸脱している場合に該第1タンク内の該培養液の温度を調整する段階
を含む方法。
[本発明1002]
第1タンクが、培養液中の細胞密度のオンライン測定を実施するための計器 (134) を含み、複数の時間間隔のそれぞれにおいて測定される真核細胞の細胞密度がオンライン測定値である、本発明1001の方法。
[本発明1003]
‐制御論理によって、
・標的時間に到達したこと;
・測定細胞密度が標的細胞密度と等しいかまたはそれよりも高いこと
のうちの1つである終了基準が満たされた時に少なくとも温度の調整を自動的に終了させる段階
をさらに含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1004]
‐制御論理によって、グラフィカルユーザーインターフェース (GUI) (110) を提供する段階であって、該GUIは、該制御論理が予測細胞密度を計算し始める前に、ユーザー (118) が標的時間および標的細胞密度を入力できるようにし、該GUIは、該制御論理が複数の時間間隔において該予測細胞密度を計算している間、該ユーザーが該標的時間および/または該標的細胞密度を修正できるようにする、段階
をさらに含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1005]
‐標的細胞密度に到達した後に、第1タンクの培養液およびその中に含まれる真核細胞を該第1タンクから、該第1タンクよりも大きい第2タンク (132) に移動させる段階;
‐制御論理によって、さらなる標的細胞密度およびさらなる標的時間を受信する段階であって、該さらなる標的細胞密度は該さらなる標的時間における該真核細胞の所望の細胞密度を表し、該さらなる標的時間は将来の時点を表す、段階;
‐移動させた該真核細胞を該第2タンク内で培養する段階;
複数のさらなる時間間隔のそれぞれについて、
・該第2タンクの培養液中の該真核細胞の細胞密度 (124) を測定する段階;
・該制御論理によって、少なくとも該測定細胞密度の関数として、該さらなる標的時間におけるさらなる予測細胞密度を計算する段階;
・該制御論理によって、該さらなる予測細胞密度と該さらなる標的細胞密度を比較する段階;
・該制御論理によって、
‐該さらなる予測細胞密度が該さらなる標的細胞密度よりも低い場合には温度を0.1℃~1℃上げることにより、または
‐該さらなる予測細胞密度が該さらなる標的細胞密度よりも高い場合には温度を0.1℃~1℃下げることにより、
該さらなる予測細胞密度が該さらなる標的細胞密度から逸脱している場合に該第2タンク内の該培養液の温度を調整する段階
をさらに含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1006]
第1タンクが、バッチ培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターであり、第2タンクが、該第1タンクよりも大きく、かつバッチ培養として細胞培養物を増殖させるように構成されたバイオリアクターであり、前記方法が、生産バイオリアクターに接種するための規定された最小数の細胞を生成するためのシードトレイン培養工程において用いられる、本発明1005の方法。
[本発明1007]
真核細胞が、哺乳動物細胞、特にチャイニーズハムスター卵巣 (CHO) 細胞である、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1008]
複数の時間間隔のそれぞれについて、
‐所定の長さを有し、かつ現在の時間間隔の終了時に終了する現在の観察間隔 (138) を、該現在の時間間隔について規定する段階;
‐該現在の観察間隔中に測定されたすべての細胞密度を受信する段階
をさらに含み、
少なくとも測定細胞密度の関数として予測細胞密度を計算する段階が、標的時間まで、該現在の観察間隔中に測定された細胞密度を外挿することを含む、
前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1009]
外挿が、現在の観察時間中に測定された細胞密度に対して、カーブフィッティング操作または回帰分析を実施することを含む、本発明1008の方法。
[本発明1010]
複数の時間間隔が等しい長さである、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1011]
‐現在時間が標的時間に近いかどうかを判定する段階;
‐該現在時間が該標的時間に近いという判定に応答して、複数の時間間隔のうちの将来のすべての時間間隔の長さを短縮する段階
をさらに含む、本発明1001~1009のいずれかの方法。
[本発明1012]
観察間隔の所定の長さが60分~480分の範囲内である、本発明1008~1012のいずれかの方法。
[本発明1013]
温度を調整する段階が、温度を0.1℃~0.5℃、優先的に0.1℃~0.2℃上げること、または温度を0.1℃~0.5℃、優先的に0.1℃~0.2℃下げることを含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1014]
制御論理が、該制御論理による第1タンクの以前の温度調整から少なくともある調整時間間隔が経過した場合にのみ、該第1タンクの温度調整を実施し、該調整時間間隔の継続時間が60~120分の範囲内である、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1015]
規定の将来時間において所望の細胞密度の真核細胞を提供するための方法であって、
‐人のユーザー (118) によって、制御論理 (116) のインターフェース (110) を介して、所望の細胞密度 (114) および将来時間 (112) を入力する段階であって、該所望の細胞密度は、入力された該将来時間における真核細胞の所望の細胞密度を表す、段階;
‐本発明1001~1014のいずれかの、真核細胞の増殖を制御するための方法を実施する段階であって、増殖制御は、入力された該所望の細胞密度が標的細胞密度として使用され、入力された該将来時間が標的時間として使用され、かつ該真核細胞が該標的時間において該標的細胞密度で提供されるように、実施される、段階
を含む方法。
[本発明1016]
真核細胞の増殖を制御するためのシステム (100) であって、制御論理 (116)と、該制御論理を実行するように構成されたプロセッサ (104) とを含み、該制御論理は、培養液 (M1) 中に真核細胞を含む第1タンク (130) に動作可能に連結され、該制御論理は、
‐標的細胞密度 (114) および標的時間 (112) を受信することであって、該標的細胞密度は該標的時間における該真核細胞の所望の細胞密度を表し、該標的時間は将来の時点を表す、こと;
複数の時間間隔のそれぞれについて、
・該第1タンクの該培養液中の該真核細胞の測定細胞密度 (122) を受信すること;
・少なくとも該測定細胞密度の関数として、標的時間における予測細胞密度を計算すること;
・該予測細胞密度と該標的細胞密度を比較すること;
・該制御論理によって、
‐該予測細胞密度が該標的細胞密度よりも低い場合には温度を0.1℃~1℃上げることにより、または
‐該予測細胞密度が該標的細胞密度よりも高い場合には温度を0.1℃~1℃下げることにより、
該予測細胞密度が該標的細胞密度から逸脱している場合に該第1タンク内の該培養液の温度を調整すること
を行うように構成されている、システム (100)。
As used herein, the term "perfusion bioreactor" refers to a bioreactor that has an internal volume for culturing a plurality of cells (e.g., recombinant mammalian cells) in a liquid culture, (e.g., an outlet, an inlet, a pump, or other such device), and adding substantially the same volume of replacement liquid culture medium to the bioreactor. refers to a bioreactor that has means (e.g., an outlet, inlet, pump, or other such device) for. Addition of replacement liquid culture medium can be performed substantially simultaneously with, or immediately after, removal of liquid culture medium from the bioreactor. The means for removing liquid culture medium from the bioreactor and the means for adding replacement liquid culture medium may be a single device or system.
[Invention 1001]
A method for controlling proliferation of eukaryotic cells, the method comprising:
- receiving, by control logic (116), a target cell density (114) and a target time (112), the target cell density representing a desired cell density of eukaryotic cells at the target time; Time represents a future point in time; a stage;
- culturing said eukaryotic cells in a culture medium (M1) of a first tank (130);
For each of the multiple time intervals,
- Measuring the cell density (122) of the eukaryotic cells in the culture medium;
- calculating, by the control logic, a predicted cell density at the target time as a function of at least the measured cell density;
- comparing the predicted cell density and the target cell density by the control logic;
・By the control logic,
- by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is lower than the target cell density; or
- by lowering the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is higher than the target cell density;
adjusting the temperature of the culture medium in the first tank if the predicted cell density deviates from the target cell density;
method including.
[Present invention 1002]
The first tank includes an instrument (134) for performing on-line measurements of cell density in the culture medium, and the cell density of eukaryotic cells measured at each of the plurality of time intervals is the on-line measurement. 1001 invention methods.
[Present invention 1003]
-By control logic,
・Achieving the target time;
・The measured cell density is equal to or higher than the target cell density.
automatically terminating at least the temperature adjustment when one of the termination criteria is met;
Any method of the invention, further comprising:
[Present invention 1004]
- providing, by control logic, a graphical user interface (GUI) (110), the GUI allowing the user (118) to enter a target time and target cell density before the control logic begins calculating the predicted cell density; the GUI allows the user to modify the target time and/or the target cell density while the control logic calculates the predicted cell density at multiple time intervals; ,step
Any method of the invention, further comprising:
[Present invention 1005]
- after reaching the target cell density, transferring the culture medium of the first tank and the eukaryotic cells contained therein from said first tank to a second tank (132) which is larger than said first tank;
- receiving, by control logic, a further target cell density and a further target time, the further target cell density representing a desired cell density of the eukaryotic cells at the further target time, the further target time being in the future; A stage representing a point in time;
- culturing the transferred eukaryotic cells in the second tank;
For each of a plurality of further time intervals,
- Measuring the cell density (124) of the eukaryotic cells in the culture medium of the second tank;
- calculating, by the control logic, a further predicted cell density at the further target time, at least as a function of the measured cell density;
- comparing the further predicted cell density and the further target cell density by the control logic;
・By the control logic,
- by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if said further predicted cell density is lower than said further target cell density; or
- by reducing the temperature by 0.1°C to 1°C if said further predicted cell density is higher than said further target cell density;
adjusting the temperature of the culture medium in the second tank if the further predicted cell density deviates from the further target cell density;
Any method of the invention, further comprising:
[Present invention 1006]
a bioreactor, a first tank configured to grow the cell culture as a batch culture, and a second tank larger than the first tank and configured to grow the cell culture as a batch culture; 1005. The method of the invention 1005, wherein the method is used in a seed train culture step to generate a defined minimum number of cells for inoculating a production bioreactor.
[Present invention 1007]
Any method according to the invention, wherein the eukaryotic cell is a mammalian cell, in particular a Chinese hamster ovary (CHO) cell.
[Present invention 1008]
For each of the multiple time intervals,
- defining for the current time interval a current observation interval (138) having a predetermined length and ending at the end of the current time interval;
- receiving all cell densities measured during the current observation interval;
further including;
calculating a predicted cell density as a function of at least the measured cell density comprises extrapolating the cell density measured during the current observation interval up to a target time;
Any method of the present invention.
[Present invention 1009]
1008. The method of the invention 1008, wherein the extrapolation comprises performing a curve fitting operation or regression analysis on the cell density measured during the current observation time.
[Present invention 1010]
A method according to any preceding invention, wherein the plurality of time intervals are of equal length.
[Invention 1011]
- determining whether the current time is close to the target time;
- shortening the length of all future time intervals of the plurality of time intervals in response to determining that the current time is close to the target time;
The method of any one of inventions 1001-1009, further comprising.
[Invention 1012]
The method of any of the inventions 1008-1012, wherein the predetermined length of the observation interval is within the range of 60 minutes to 480 minutes.
[Present invention 1013]
Said book, wherein adjusting the temperature comprises increasing the temperature by 0.1°C to 0.5°C, preferentially 0.1°C to 0.2°C, or decreasing the temperature by 0.1°C to 0.5°C, preferentially 0.1°C to 0.2°C. Any method of invention.
[Present invention 1014]
Control logic performs a temperature adjustment of the first tank only if at least a certain adjustment time interval has elapsed since a previous temperature adjustment of the first tank by the control logic, and the duration of the adjustment time interval is between 60 and 60. Any method of the invention, wherein the duration is within 120 minutes.
[Present invention 1015]
A method for providing a desired cell density of eukaryotic cells at a defined future time, the method comprising:
- inputting a desired cell density (114) and a future time (112) by a human user (118) via an interface (110) of the control logic (116), wherein the desired cell density is , representing the desired cell density of eukaryotic cells at the input future time;
- A step of implementing the method for controlling the proliferation of eukaryotic cells according to any one of the present inventions 1001 to 1014, in which the input desired cell density is used as a target cell density; performed such that the input future time is used as a target time and the eukaryotic cells are provided at the target cell density at the target time.
method including.
[Invention 1016]
A system (100) for controlling growth of eukaryotic cells, the control logic comprising control logic (116) and a processor (104) configured to execute the control logic, the control logic operably connected to a first tank (130) containing eukaryotic cells in a liquid (M1), the control logic comprising:
- receiving a target cell density (114) and a target time (112), the target cell density representing a desired cell density of the eukaryotic cells at the target time, and the target time defining a future point in time; to represent;
For each of the multiple time intervals,
- receiving a measured cell density (122) of said eukaryotic cells in said culture medium of said first tank;
- calculating a predicted cell density at a target time as a function of at least said measured cell density;
- comparing the predicted cell density and the target cell density;
・By the control logic,
- by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is lower than the target cell density; or
- by lowering the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is higher than the target cell density;
adjusting the temperature of the culture solution in the first tank when the predicted cell density deviates from the target cell density;
The system (100) that is configured to do so.
以下に、図面を参照しながら、本発明の態様を単なる例としてより詳細に説明する。 Aspects of the invention will now be explained in more detail, by way of example only, with reference to the drawings, in which: FIG.
詳細な説明
図1は、第1タンク130および第2タンク132における細胞増殖を制御するためのシステム102のブロック図である。タンクのそれぞれについての増殖制御は、図3のフローチャートによって図示される方法に従って実施され得る。したがって、図3もまた参照することによって、図1のシステムを以下に説明する。
DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 is a block diagram of a
データ処理システム102は、1つまたは複数のプロセッサ104、メインメモリ106、および時計108を含む。時計108は、絶対項または相対項で時間を測定するように構成される。それは、例えば図2a~2dに示されるように、予測時間間隔および観察間隔を測定するために使用される。加えて、システム102は、制御論理116を実装するコンピューター可読命令を含む不揮発性記憶媒体114を含む。制御論理は、独立型のアプリケーションプログラム、または1つもしくは複数のバイオリアクターおよび/もしくは実験装置を制御するために用いられるアプリケーションプログラムもしくはソフトウェアフレームワークのサブモジュールもしくはユニットであってよい。
加えて、記憶媒体114は、グラフィカルユーザーインターフェースGUI 110を実装するコンピューター可読命令を含む。GUIは、ユーザー118が標的時間112および標的細胞密度114を指定し入力できるようにする。任意に、GUIは加えて、ユーザーが観察間隔138の継続時間を指定できるようにし、この観察間隔の間に、細胞密度が測定され、制御された細胞培養物が標的細胞密度114に到達する将来時間を予測するために外挿される。例えば、GUI 110は、HTMLインターフェース、またはJavaもしくはC#ベースのプログラム論理であってよい。いくつかの態様に従って、GUI 110は、細胞培養プロジェクトの開始前に、ユーザーが標的細胞密度、標的時間、および観察間隔を指定できるようにするのみならず、細胞培養プロジェクトの進行中に、既に入力され保存された標的細胞密度、標的時間、および/または観察間隔をユーザーが修正できるようにする。
In addition,
システム102は、1つもしくは複数のタンクから測定データを受信するため、および/または1つもしくは複数のタンクに制御コマンドを送信するためのインターフェース120をさらに含む。インターフェースは、受信した測定データを制御論理116に転送し、制御論理からの制御コマンドを1つまたは複数のタンクに転送する。
データ処理システム102は、標準のコンピューターシステムとして、サーバーコンピューターシステムとして、またはモバイル通信装置、例えばスマートホンもしくはタブレット型コンピューターとして実装され得る。
図1に示される例において、システム102は、生産前バイオリアクター130に動作可能に連結され、これを制御する。バイオリアクター130は、培地の温度を上げるかまたは下げるための要素138を含む。この要素は、例えば、その標的温度が制御論理116によって制御されるサーモスタットであってよい。加えて、生産前バイオリアクター130は、試料を採取することなく、第1バイオリアクター130の培地M1中の現在の細胞密度を測定するように適合化されたオンライン細胞密度計134を含む。バイオリアクター130は、生産前細胞培養プロジェクトが開始した時点でいかなる細胞も含まない培養液M1を含む。
In the example shown in FIG. 1,
生産前バイオリアクター130内で細胞の増殖を始める前に、ユーザー118はGUI 110およびコンピューターシステム102をインスタンス化し、特定の細胞型についての標的細胞密度、およびバイオリアクター130内の細胞が標的細胞密度に到達する時間を規定する標的時間を入力する。典型的に、標的時間は、特定の該細胞培養プロジェクトが特定の増殖段階に入ることが公知である時間、例えば、生産前もしくは生産バイオリアクターについての増殖段階の終了時、または生産リアクターについての静止期の終了時の+/- 20%の範囲内である。
Before beginning cell growth in
例えば、ユーザーは、月曜日の午前10.00時にGUIをインスタンス化することができる。ユーザーは、文献または以前の実験に従って、37℃の「一定温度」条件下で所望の細胞密度に到達するのに典型的に48時間を必要とする生産前CHO細胞培養物を増殖させることを望み、その1時間後、融解したCHO細胞試料をバイオリアクター130に接種することにより、午前11.00時にバイオリアクター130において生産前細胞培養工程を開始することができる。午前10.00時に、ユーザーは標的時間112、標的細胞密度、および観察時間間隔を入力する。例えば、ユーザーは、標的細胞密度について400万個/ml、および将来標的時間として「月曜日の午前11.00時 + 48時間」を入力することができる。加えて、ユーザーは、予測時間間隔を例えば約1分に、および観察間隔を例えば90分に設定することができる。ユーザーは、細胞培養工程を実施するのに必要な時間を1時間短縮するために、標的時間を「月曜日の午前11.00時 + 47時間」に設定することさえもできる。
For example, a user may instantiate a GUI at 10.00 am on a Monday. The user wishes to grow pre-production CHO cell cultures, which typically require 48 hours to reach the desired cell density, under "constant temperature" conditions of 37 °C, according to the literature or previous experiments. , one hour later, the pre-production cell culture step can be started in the
GUI 110を介して制御論理を構成した後、午前11.00時に、ユーザーは、融解したCHO細胞試料をバイオリアクター130内の無細胞培地M1に接種することにより、生産前細胞培養を開始する。タンクの出発温度は37℃であってよい。
After configuring the control logic via the
本明細書に記載される制御方法の第1段階302において、例えばおよそ月曜日の午前11.00時に、制御論理は、記憶媒体114から、ユーザー118によって前もって入力された標的細胞密度114、標的時間112、および任意に観察間隔138の継続時間を読み込む。読み込まれた標的細胞密度は、入力された標的時間(月曜日の午前11.00時 + 48時間)における真核細胞の所望の細胞密度を表す。当然のことながら、この時間は、態様に応じて様々な異なる形式で、例えば、絶対時間として、または現在時間から開始するもしくは特定の将来時間から開始する相対時間として指定され得る。
In a
段階304において、真核細胞を第1タンク130の培養液M1中で培養する。例えば、段階304は、タンク130内の培地M1にCHO細胞を接種する段階を含み得る。他の態様に従って、段階304を段階302の直前に実施すること、および302、304の両段階を基本的に並行して実施することもまた可能である。
At
制御論理は次いで、例えば1分という所定の長さの、「時間間隔」とも称される一連の「予測時間間隔」I1、...、I4367を自動的に特定し得る。第1時間間隔は、例えば接種の時間の直前または直後に開始し得る。 The control logic may then automatically identify a series of "predicted time intervals" I 1 , ..., I 4367 , also referred to as "time intervals", of a predetermined length, such as one minute. The first time interval may begin, for example, just before or after the time of inoculation.
複数の時間間隔のそれぞれ306について(例えば、時間間隔のそれぞれの開始時または終了時に)、以下のサブ方法が実施される。 For each of the plurality of time intervals 306 (eg, at the beginning or end of each of the time intervals), the following sub-methods are performed.
段階308において、オンライン細胞密度計134は、第1タンク130内の培養液M1中の真核細胞の細胞密度122を測定する。測定値122は、インターフェース122を介して制御論理116に送信される。
At step 308, the
測定された細胞密度値122の受信に応答して、制御論理は段階310において、少なくとも現在測定された細胞密度の関数として、標的時間「月曜日の午前11.00時 + 48時間」における予測細胞密度を計算する。特に、標的時間における細胞密度は、図2に示されるようにスライドする観察間隔中に測定された複数の細胞密度の関数として予測され得る。
In response to receiving the measured
加えて、制御論理は段階312において、予測細胞密度と標的細胞密度を比較する。
Additionally, the control logic compares the predicted cell density and the target cell density at
段階314において、制御論理は、予測細胞密度が標的細胞密度に対してより高いか、またはより低いか、または同一であるかを判定する。予測細胞密度がユーザーによって入力された標的細胞密度と同一であるか、または少なくとも標的細胞密度の周りの許容閾値帯内にあると、制御論理が判定した場合には、バイオリアクター130内の培地の現在の温度は、段階318において能動的または受動的に維持される。予測細胞密度がユーザーによって入力された標的細胞密度よりも低いか、または標的細胞密度を下回る下限許容閾値よりも低いと、制御論理が判定した場合には、制御論理は、段階316においてサーモスタットにバイオリアクター130内の培地の現在の温度を例えば0.4℃上げさせる温度調整制御コマンド126をサーモスタット138に送信する。あるいは、予測細胞密度がユーザーによって入力された標的細胞密度よりも高いか、または標的細胞密度を上回る上限許容閾値よりも高いと、制御論理が判定した場合には、制御論理は、段階316においてサーモスタットにバイオリアクター130内の培地の現在の温度を例えば0.4℃下げさせる温度調整制御コマンド126をサーモスタット138に送信する。態様に従って、GUIは、ユーザー118が、温度調整が必要であると見なされた各予測時間間隔について培地に課される温度変化の量を指定できるようにする1つの104。
At
上記の段階308~318を含むサブ方法は、比較的短期の、典型的には1~数分間の複数の時間間隔のそれぞれについて完全に自動的に実施され得る。 The sub-method comprising steps 308-318 above may be performed completely automatically for each of a plurality of time intervals of relatively short duration, typically one to several minutes.
いくつかの態様に従って、サブ方法、例えば段階314は、終了基準が満たされたかどうかを判定するためのさらなるチェックを含み得る。例えば、予測時間間隔の所定の最大回数が経過するか、標的細胞密度に到達するか、または細胞培養プロジェクトの所定の最大継続時間を超えた場合などに、制御論理は終了基準が満たされたと判定する。
In accordance with some aspects, a sub-method, such as
繰り返し実施されるサブ方法306~318を含む上記の方法は、生産前細胞培養バイオリアクター130内で細胞を、第2タンク132、例えば生産バイオリアクター内で引き続き行う細胞培養プロジェクトを開始するのに適した所望の細胞密度まで増殖させるために用いることができる。生産バイオリアクターもまた、各制御コマンド128を介して制御論理によって制御されるサーモスタット140、および測定細胞密度値を制御論理116に提示するオンライン細胞密度計136を含む。測定細胞密度および温度制御コマンド128は、インターフェース120を介して制御論理へおよび制御論理から伝えられる。第2タンク内の細胞培地M1は、基本的には第1タンク内の培地と同一の組成のものであってよく、または異なる組成のものであってもよい。第2タンク内の第2細胞培養プロジェクトは、標的細胞密度に到達した後の第1タンク内に含まれる細胞および任意でまた培地を第2タンクに移動させることによって開始する。さらなる無細胞培地を第2タンクに添加し、それが第2タンク内の移動させた細胞の希釈を引き起こす。
The method described above, including the
細胞を第2タンク132内で増殖させる前に、ユーザー118は、第2タンクにおける生産細胞培養工程の特性に従って、標的時間112を再構成する。例えば、第1細胞培養プロジェクトは標的時間、すなわち月曜日の午前11.00時 + 48時間」、すなわち「水曜日の午前11.00時」に正確に終了した可能性がある。第1タンクから第2タンクへの細胞の移動、制御論理の再構成、およびさらなる培地の補充は、30分を要し得る。第1タンクによって提供される細胞数から開始して、細胞を標的タンク内で37℃で増殖させる細胞培養プロジェクトは、74時間を要することが文献から公知である。したがって、水曜日の11時15分に、ユーザーは、新たな標的時間「水曜日の11時30分 + 74時間」または「土曜日の午後1時30分」を入力することによって、制御論理を再構成することができる。第1タンクから第2タンクに細胞を移動させた後、第2細胞培養プロジェクトが水曜日の午前11時30分に開始し、第1細胞培養プロジェクトについて上記されたように、第2タンク132内の培地の温度を調整することによって細胞増殖が制御される。
Prior to growing cells in the
図2aは、細胞培養液に真核細胞が接種された時点で開始する、「時間間隔」とも称される複数の「予測時間間隔」I1、...、I4367を示す。各時間間隔について、例えば各時間間隔の終了時に、制御バイオリアクター内の培地中の現在の細胞密度が測定される。例えば、第1時間間隔I1の終了時に、細胞密度CDM1が測定される。第2時間間隔I2の終了時に、細胞密度CDM2が測定される。第3時間間隔I3の終了時に、細胞密度CDM3が測定される。以下、同様である。加えて、各時間間隔について、または少なくとも観察間隔の経過後に開始する時間間隔について、現在の観察間隔中に得られた細胞密度測定値を外挿することによって、予測細胞密度CDPが計算される。 Figure 2a shows a plurality of "predicted time intervals" I 1 ,..., I 4367 , also referred to as "time intervals", starting at the time the cell culture is inoculated with eukaryotic cells. For each time interval, for example at the end of each time interval, the current cell density in the medium in the control bioreactor is measured. For example, at the end of the first time interval I 1 the cell density CD M1 is measured. At the end of the second time interval I2 , the cell density CD M2 is measured. At the end of the third time interval I3 , the cell density CD M3 is measured. The same applies hereafter. In addition, for each time interval, or at least for a time interval starting after the observation interval has elapsed, the predicted cell density C P is calculated by extrapolating the cell density measurements obtained during the current observation interval. .
例えば、時間間隔I6の終了時に、観察時間間隔中に測定された細胞密度CDM1、CDM2、...、CDM5、CDM6を外挿することによって、標的時間112における予測細胞密度CDP6が予測される。加えて、制御論理は予測細胞密度CDP6と標的細胞密度114を比較し、時間間隔I6の終了時に、予測細胞密度CDP6が標的細胞密度114と有意に異なる場合に制御バイオリアクターの温度を調整する。
For example, by extrapolating the cell densities CD M1 , CD M2 , ..., CD M5 , CD M6 measured during the observation time interval at the end of time interval I 6 , the predicted cell density CD at
図2bは、時間間隔I7の終了時に制御論理によって実施されるデータ処理段階を図示する。観察時間間隔中に測定された細胞密度CDM2、CDM3、...、CDM6、CDM7を外挿することによって、標的時間112における細胞密度CDP7が予測される。加えて、制御論理は予測細胞密度CDP7と標的細胞密度114を比較し、時間間隔I7の終了時に、予測細胞密度CDP7が標的細胞密度114と有意に異なる場合に、制御バイオリアクターの温度を調整する。
Figure 2b illustrates the data processing steps performed by the control logic at the end of time interval I7 . By extrapolating the cell densities CD M2 , CD M3 , ..., CD M6 , CD M7 measured during the observation time interval, the cell density CD P7 at the
図2cは、時間間隔I11の終了時に制御論理によって実施されるデータ処理段階を図示する。観察時間間隔中に測定された細胞密度CDM6、CDM7、...、CDM10、CDM11を外挿することによって、標的時間112における細胞密度CDP11が予測される。加えて、制御論理は予測細胞密度CDP11と標的細胞密度114を比較し、時間間隔I11の終了時に、予測細胞密度CDP11が標的細胞密度114と有意に異なる場合に、制御バイオリアクターの温度を調整する。
FIG. 2c illustrates the data processing steps performed by the control logic at the end of time interval I 11 . By extrapolating the cell densities CD M6 , CD M7 , ..., CD M10 , CD M11 measured during the observation time interval, the cell density CD P11 at the
図2dは、時間間隔I4365の終了時に制御論理によって実施されるデータ処理段階を図示する。観察時間間隔中に測定された細胞密度CDM4358、...、CDM4365を外挿することによって、標的時間112における細胞密度CDP4365が予測される。加えて、制御論理は予測細胞密度CDP4365と標的細胞密度114を比較し、時間間隔I4365の終了時に、予測細胞密度CDP4365が標的細胞密度114と有意に異なる場合に、制御バイオリアクターの温度を調整する。図2a~2cに示される時間間隔と比較して、図2dに示される時間間隔は有意により短い。例えば、図2a~2cに示される時間間隔は数分、例えば15分の継続時間を有してよく、図2dの右の部分に示される時間間隔は1分の継続時間を有してよい。例えば、制御論理は、現在時間が標的時間に近いと判定した時に、例えば標的時間の2~3時間前に、より短い時間間隔を自動的に使用し得る。プロジェクトのこの段階において細胞密度は既に高く、軽微な測定誤差は予測標的時間に重大な影響を及ぼす可能性があるため、このことは有益であり得る。より短い時間間隔を使用することによって、異常測定値に対する方法の頑健性が向上し得るため、予測の回数および予測精度が増加し得る。
FIG. 2d illustrates the data processing steps performed by the control logic at the end of time interval I 4365 . By extrapolating the cell densities CD M4358 ,..., CD M4365 measured during the observation time interval, the cell density CD P4365 at the
図4は、複数の生産前タンク400、412、130、および生産タンク132を含むシステムを示す。生産前タンク400、412、130は、生産バイオリアクター132内で生産細胞培養プロジェクトを開始するのに十分な数の細胞を提供するためのシードトレイン工程において用いられる。融解した細胞株試料400を第1生産前バイオリアクターに接種し、第1タンク410において第1生産前細胞培養を開始する。第1タンク内で第1標的細胞濃度に到達した時に、第1タンク内の培地および細胞を第2生産前タンク412に移動させ、第2タンク412内で第2生産前細胞培養を開始する。第2タンク内で第2標的細胞濃度に到達した時に、第2タンク内の培地および細胞を第3生産前タンク130に移動させ、第3タンク130内で第3生産前細胞培養を開始する。第3タンク内で第3標的細胞濃度に到達した時に、第3タンク内の培地および細胞を生産タンク132に移動させ、生産タンク132内で生産細胞培養を開始する。少なくとも生産バイオリアクターは、ガス流入ラインまたはパイプを含み得る。例えば、特別な供給元からバイオリアクターへ環境空気(または既に膨張させた)圧縮空気を送達するために、単一のガス流入ラインまたはパイプを使用することができる。該環境空気または圧縮空気は、地球大気に典型的であるかまたは異なる組成を有するガス、特にN2、O2、およびCO2の混合物からなり得る。加えて、またはその代わりに、N2、O2、およびCO2などの個々のガスをバイオリアクターに送達するために、単一のガス流入ラインもしくはパイプ、またはその他のガス流入ラインもしくはパイプの任意のものを使用することができる。例えば、バイオリアクターは、タンク内の細胞の通気を改善するために、微細に分散された気泡を流入ガスから生成するためのマイクロスパージャーを含み得る。
FIG. 4 shows a system that includes a plurality of
タンク410、412、130、132はそれぞれ、サーモスタット138、406、408、140、およびオンライン細胞密度計134、402、404、136を含み、制御論理116に動作可能に連結され、それによって温度制御を受ける。GUI 110は、ユーザー118が、4つの細胞培養プロエクトのそれぞれについて個々に標的時間および標的細胞密度を指定できるようにする。例えば、GUIは、第1タンク410について、標的時間および標的細胞密度、ならびに間隔長、観察間隔長、時間間隔当たりの温度調整の量などのような任意のさらなる工程パラメーターを設定するための第1ウィンドウW410を含み得る。GUIは、第2タンク412について上記パラメーター値を設定するための第2ウィンドウW412、第3タンク130について上記パラメーター値を設定するための第3ウィンドウW414、および生産タンク132について上記パラメーター値を設定するための第4ウィンドウW132を含み得る。
図5は、真核細胞の増殖速度に及ぼす温度調整の影響を試験するために実施された6つの異なるバッチ細胞培養プロジェクトを示す。図5 ffに記載される細胞培養プロジェクトのそれぞれにおいて、CHO細胞株を2リットルバイオリアクターB-DCU (Sartorius) 内で増殖させた。オンライン細胞密度測定を実施するために、EVO200システム(Fogale、現在はHamilton)を使用した。全バッチの細胞の培養は、参照細胞培養プロトコールに従って振盪フラスコ内で行った。各プロジェクトに使用したバイオリアクターには、pO2電極(Clark型)およびpHゲル電極が装備された。作業容積は常に1.3リットルであり、バイオリアクターには通気した(ヘッドスペース通気およびスパーグリング)。ヘッドスペースを通じて、二酸化炭素が強化された窒素を50 ccmでバイオリアクターに一定に通した。pO2調節器に従って、純酸素をスパーグリングを介して導入した。ガス流はマスフローコントローラー (MFC) を介して調整した。オンライン測定値はすべて、MFCSを介して記録した。Fogale EVO200システムをオンライン細胞数測定に使用した。培養物の誘電率(誘電伝導率)を測定し、定数係数によって細胞密度値に変換した。これらの値は「オンライン」細胞密度と称される。EVO200システムの測定値は、特別にプログラム化されたソフトウェアを介して読み取られ、バイオリアクターの温度を適合化するように構成された制御論理に入力された。 Figure 5 shows six different batch cell culture projects carried out to test the effect of temperature regulation on the proliferation rate of eukaryotic cells. In each of the cell culture projects described in Figure 5ff, CHO cell lines were grown in a 2 liter bioreactor B-DCU (Sartorius). An EVO200 system (Fogale, now Hamilton) was used to perform online cell density measurements. Culture of cells for all batches was performed in shake flasks according to reference cell culture protocols. The bioreactor used for each project was equipped with a pO2 electrode (Clark type) and a pH gel electrode. The working volume was always 1.3 liters and the bioreactor was vented (headspace venting and sparring). A constant flow of 50 ccm of carbon dioxide-enriched nitrogen was passed through the bioreactor through the headspace. Pure oxygen was introduced via spurring according to the pO2 regulator. Gas flow was regulated via a mass flow controller (MFC). All online measurements were recorded via MFCS. A Fogale EVO200 system was used for online cell counting. The dielectric constant (dielectric conductivity) of the culture was measured and converted to a cell density value by a constant factor. These values are referred to as "online" cell densities. EVO200 system measurements were read through specially programmed software and input into control logic configured to adapt the bioreactor temperature.
誘電率に基づく細胞密度が実際の細胞密度を正確に反映するかどうかをチェックするために、それらを、バイオリアクターの培養液試料を解析することによって測定されたオフライン細胞濃度と時々比較した。培養物のオフライン対照については、試料を最初は少なくとも1日に1度採取し、細胞密度をCedex細胞分析装置で測定した。プロジェクトの後期には、毎日のオフライン細胞密度測定を部分的に省略した。誘電率は発酵工程の全体にわたって一定ではなく、いくつかのパラメーターに依存するが、それにもかかわらず、関連する細胞濃度範囲内で1つの変換値のみを用いて機能することが可能であった。 To check whether the dielectric constant-based cell densities accurately reflected the actual cell densities, they were sometimes compared with offline cell concentrations measured by analyzing bioreactor culture fluid samples. For offline controls of cultures, samples were initially taken at least once a day and cell density was measured on a Cedex cell analyzer. During the later stages of the project, daily offline cell density measurements were partially omitted. Although the dielectric constant is not constant throughout the fermentation process and depends on several parameters, it was nevertheless possible to work with only one conversion value within the relevant cell concentration range.
6つのバッチのうちの2つは、細胞培養プロジェクトを通して一定温度で増殖させた参照バッチであった。残りの4つのバッチにおいて、異なる計画に従って日間隔 (day interval) 中の温度を下げることにより、細胞増殖に及ぼす温度の影響を調査した。2つの参照バッチ培養物および4つの試験バッチ培養物はそれぞれ、常に36.5℃の標準温度で開始して約1日おき、細胞を高い増殖速度へと調整した。その後、図に示されるように4つの試験バッチ3~6において温度変更を行った:バッチ3は36.5℃で9.3日間増殖させ、以後35℃で増殖させた;バッチ4は36.5℃で12日間増殖させ、次いで34.5℃で1日増殖させ、その翌日およびそれ以降の日はすべて33℃で増殖させた;バッチ5は36.5℃で15日間増殖させ、次いで33℃で増殖させた;バッチ6は36.5℃で18日間増殖させ、次いで35℃で1日増殖させ、次いで34℃で1日増殖させ、その翌日およびそれ以降の日はすべて32℃で増殖させた。
Two of the six batches were reference batches grown at constant temperature throughout the cell culture project. In the remaining four batches, the effect of temperature on cell growth was investigated by lowering the temperature during day intervals according to different schedules. Each of the two reference batch cultures and the four test batch cultures were always started at a standard temperature of 36.5° C. approximately every other day to condition the cells to a high growth rate. Temperature changes were then performed in four test batches 3-6 as shown in the figure: batch 3 was grown at 36.5°C for 9.3 days and then at 35°C;
バッチのそれぞれについて、連続した滑らかな線500は、実験的に決定された単一の補正係数によって誘電率尺度を「測定細胞密度」に変換することによって測定された細胞密度を示す。段階的な曲線502は、試験した全温度範囲にわたって誘電率が実際の細胞密度を正確に反映することを保証するために時々実施されたオフライン測定値を示す。細胞密度のオフライン対照測定を実施するには、試料を採取し、Cedex細胞分析装置を用いて細胞密度を測定した。
For each of the batches, a continuous
図5は、細胞増殖速度が既存のバイオリアクターシステムにおいて温度調整によって制御され得ること、および関連する温度範囲にわたって誘電率尺度が細胞密度を正確に反映することを示す。細胞培養工程中に細胞培養液の温度を修正したが、これまでに調べられた、生成されたタンパク質およびペプチドは、参照細胞培養の生物学的産物からの逸脱を示さなかった。 Figure 5 shows that cell growth rates can be controlled by temperature regulation in existing bioreactor systems and that the dielectric constant scale accurately reflects cell density over the relevant temperature range. Although the temperature of the cell culture medium was modified during the cell culture process, the produced proteins and peptides examined so far did not show any deviation from the biological products of the reference cell culture.
図6および7は、6つの細胞培養プロジェクトのうちの2つに関して得られた、細胞密度シグナルに及ぼす温度の影響をより詳細に示す。両図面において、温度504の段階的低下は増殖速度の低下をもたらし、測定された誘電率に単一の定数変換係数を乗じたものは、時々のオフラインの、試料に基づく細胞密度測定値500によって確認されるように、細胞密度502(すなわち、所与の培地容積中の細胞数)の信頼性のある尺度であった。
Figures 6 and 7 show in more detail the effect of temperature on cell density signals obtained for two of the six cell culture projects. In both figures, a stepwise decrease in
増殖速度に及ぼすpH変化の影響を評価するために、さらなる細胞培養プロジェクト(「バッチ」)を実施した(表示せず)。さらなるバッチによって、pH 6.75からpH 7.1までの広範なpH範囲において、修正されたpHの短期影響は認められ得ないことが明らかになった。pH変化の影響は、たとえあるとしても、長い待ち時間を伴ってのみ現れた。pH 6.75から開始してpH 6.8に転換すると、影響は約1.5日後に観察され、pH 6.7ではおよそ1日後、およびpH 6.6では半日後に観察された(バッチ4を参照されたい)。pHを6.75を下回って下げた場合、培養物は、新たなpHが標準値(6.9~7.1)まで上昇した後にかなりの時間をかけて再生する必要があった。したがって、温度に基づく増殖制御に反して、pHに基づく増殖制御は、生理的pH範囲において、pH変化は細胞増殖に有意でかつ迅速な影響を及ぼさないようであり、生理的範囲外のpHが用いられた場合には、細胞は極端なpH値から回復するため付加的な時間を必要とし、それによって細胞培養プロジェクトの速度が落ち、その柔軟性が低下するという問題に直面することが観察された。細胞培養増殖速度は、約6.8~7.2の生理的pH範囲におけるpH変化よりも、約32~38℃の生理的温度範囲における温度変化に、より強く依存することが認められた。さらに、細胞の回復は、異常に低い温度からよりも非生理的pH値からの方が有意により悪い。したがって、pH調整は、細胞培養増殖速度を柔軟に制御するのに適していないことが認められた。 A further cell culture project (“batch”) was performed to assess the effect of pH changes on growth rates (not shown). Additional batches revealed that over a wide pH range from pH 6.75 to pH 7.1, no short-term effects of the modified pH could be observed. The effects of pH changes, if any, appeared only with long waiting times. Starting from pH 6.75 and converting to pH 6.8, the effect was observed after about 1.5 days, at pH 6.7 after about 1 day, and at pH 6.6 after half a day (see batch 4). If the pH was lowered below 6.75, the culture required considerable time to regenerate after the new pH rose to the standard value (6.9-7.1). Therefore, contrary to temperature-based growth control, pH-based growth control suggests that in the physiological pH range, pH changes do not seem to have a significant and rapid effect on cell growth, and that pH outside the physiological range When used, it has been observed that the cells face the problem of requiring additional time to recover from extreme pH values, thereby slowing down the cell culture project and reducing its flexibility. Ta. Cell culture growth rates were found to be more strongly dependent on temperature changes in the physiological temperature range of about 32-38° C. than on pH changes in the physiological pH range of about 6.8-7.2. Furthermore, cell recovery is significantly worse from non-physiological pH values than from abnormally low temperatures. Therefore, it was observed that pH adjustment is not suitable for flexibly controlling cell culture growth rates.
それ故に、態様に従って、小さな温度変化でさえも、増殖挙動に対して有意な迅速可逆的な影響を及ぼすという理由で、細胞培養プロジェクトの自動制御を提供するために温度を使用した。 Therefore, in accordance with embodiments, temperature was used to provide automatic control of cell culture projects because even small temperature changes have significant, rapidly reversible effects on growth behavior.
態様に従って、制御論理は、オンライン(誘電伝導率に基づく)測定装置(例えば、EVO200)によって測定された誘電率値から、または誘電係数に変換係数を乗じることによって誘電率値から算出されたバイオマス値(細胞密度値)を通して、現在の増殖速度を計算するように構成される。 According to an embodiment, the control logic calculates the biomass value from the dielectric constant value measured by an online (dielectric conductivity-based) measurement device (e.g. EVO200) or from the dielectric constant value by multiplying the dielectric constant by a conversion factor. (cell density value) to calculate the current proliferation rate.
変換係数は、誘電率測定と並行していくつかのオフライン細胞密度測定を実施し、誘電率値を乗じた場合にオフライン細胞密度を返す変換係数を同定することによって、1つまたは複数の参照細胞培養プロジェクトにおいて決定される。 The conversion factor is determined by performing several offline cell density measurements in parallel with the permittivity measurements and then converting one or more reference cells by identifying a conversion factor that returns the offline cell density when multiplied by the permittivity value. Determined in cultivation project.
態様に従って、誘電率オフライン測定を実施するためおよび標的時間における細胞密度を予測するための時間間隔は、60秒である。間隔について得られた誘電率値は、制御論理によって対数化され(底e)、記憶媒体に一時的または恒久的に保存される。任意に、オフライン細胞密度が時々測定され、各オンライン細胞密度に関連して保存される。対数化された細胞密度値は、所定の観察間隔(例えば、90分)にわたって線形回帰にかけられる。それぞれの新たな誘電率(およびひいては、オンライン細胞密度)測定値の後に(例えば、各60秒後に)、新たな算出が行われる。次いで、回帰直線の傾きを用いて、現在の観察間隔にわたる細胞の増殖速度μが決定される。この値μは、いくつかの測定値に関して自然に上下するが、指定の観察間隔内で固定される。観察間隔が長いほど、算出される増殖速度はより安定しており、標的時間における予測細胞密度はより正確である。 According to embodiments, the time interval for performing permittivity offline measurements and predicting cell density at the target time is 60 seconds. The dielectric constant values obtained for the intervals are logarithmized (base e) by control logic and stored temporarily or permanently in a storage medium. Optionally, offline cell densities are measured from time to time and stored in relation to each online cell density. Logarithmized cell density values are subjected to linear regression over a predetermined observation interval (eg, 90 minutes). After each new dielectric constant (and thus online cell density) measurement (eg, after each 60 seconds), a new calculation is made. The slope of the regression line is then used to determine the growth rate μ of the cells over the current observation interval. This value μ naturally rises and falls for some measurements, but is fixed within a specified observation interval. The longer the observation interval, the more stable the calculated proliferation rate and the more accurate the predicted cell density at the target time.
算出された増殖速度を用いて、標的時間における予定細胞密度の予測が算出され、予測細胞密度が、ユーザーによって設定された標的細胞密度と比較される。標的時間および標的細胞密度は、制御論理の開始の時点でもあり得るバッチ工程の最初に規定される。予測が標的細胞密度を上回る細胞密度をもたらす場合には、温度がわずかな値(例えば、0.4度)だけ下げられる;予測細胞密度が標的細胞密度を下回る場合には、温度がわずかに上げられる(例えば、0.2度)。温度の変更後、新たな観察間隔が自動的に開始され、サイクルが再度始まる。標的時間に到達するか、または別の終了基準が満たされるまで、これが続けられる。 Using the calculated growth rate, a prediction of the expected cell density at the target time is calculated, and the predicted cell density is compared to the target cell density set by the user. The target time and target cell density are defined at the beginning of the batch process, which may also be the point of initiation of the control logic. If the prediction results in a cell density above the target cell density, the temperature is decreased by a small amount (e.g., 0.4 degrees); if the predicted cell density is below the target cell density, the temperature is increased slightly ( For example, 0.2 degrees). After the temperature change, a new observation interval is automatically started and the cycle begins again. This continues until the target time is reached or another termination criterion is met.
例えば、バイオリアクターの温度を調整するために、外部から制御可能なウォーターバス(カウンタークーリングを装備)を使用することができる。しかしながら、外部値(設定点、制御パラメーター)を、タンク内の培地の温度を上げるおよび下げることができる要素に伝達することを可能にする任意の制御システムを使用することができる。 For example, an externally controllable water bath (equipped with countercooling) can be used to regulate the temperature of the bioreactor. However, any control system that allows to transmit external values (set points, control parameters) to elements that can raise and lower the temperature of the medium in the tank can be used.
図8は、図5、6、および7に示される試験バッチについて記載されたように実施されたさらなるテキスト培養プロジェクト(バッチ6、7、および8)のオンライン(例えば、誘電率に基づくか、またはオンライン顕微鏡に基づく)細胞密度802、812、822、時々測定されたオフライン細胞密度値(記号)800、810、820、および温度シグナル(破線)804、814、824を示す。オンラインおよびオフライン細胞密度値は対数目盛りで、温度は均等目盛りでプロットしてある。垂直矢印は、標的細胞密度、例えば4,000,000個/ml(水平線)に到達すべき標的時間を示す。図8は、所望の標的時間において非常に正確に各標的時間密度に到達したことを示す。
Figure 8 shows further text culture projects (
バッチ6、7、および8は基本的には、同じ出発条件、同じ標的細胞密度を有するが、異なる標的時間を有する。各標的にほぼ正確に到達した。バッチ、特にバッチ8の温度プロファイルは、制御論理が、細胞の現在の増殖速度、およびひいては、適切ならば、異なる増殖期(増殖期、静止期、または接種後の遷移期)もまた考慮に入れ得ることを示す。
図9は、図5、6、および7に示される試験バッチについて記載されたように実施されたさらなるテキスト培養プロジェクト(バッチ9および10)のオンライン細胞密度902、912、922、時々測定されたオフライン細胞密度値(記号)900、910、920、および温度シグナル(破線)904、914、924を示す。プロットは図8について記載されたように作成され、参照として、バッチ8の値(820、822、824とは異なる参照番号900、902、904で)もまた含む。バッチ9は、バッチ8の標的時間および標的細胞密度(3日の長さ)を再現するように設計された細胞培養プロジェクトであったが、プロットの温度から、接種の時点で、バッチ8とバッチ9の培地が異なる温度を有したことが明らかである。それにもかかわらず、プログラム論理は、バッチ8およびバッチ9の両方について、標的時間おいて標的細胞密度を非常に正確に提供することができる。
Figure 9 shows the
バッチ10は、バッチ9と同様の標的細胞密度および出発温度で開始したが、標的時間は異なった(4日)。バッチ10の結果から、バッチ9と同じ細胞密度で、丸一日補って、同じ標的細胞密度が達成され得たことが示され得る。したがって、本発明の態様は、例えば、適切な時点でその後の発酵槽の接種を実施するために、および全調製を計画するために、少なくとも1日という時間帯の中で発酵の終点を明確に規定することを可能にする。
上記の試験は、細胞株T074OPT B048WCBを用いて実施された。さらなる試験は、CHO細胞株T072の細胞培養物に基づいて実施された。さらなる試験細胞培養プロジェクトでは、調整間隔の継続時間(60~120分)、出発細胞密度、標的時間(約3~4日、または67~95時間)、および温度変化の高さ(0.2~0.5℃)をわずかに変更した。すべての細胞株において、標的時間内に標的細胞密度に到達することができた。すべての温度曲線は、互いに異なることが認められた。したがって、増殖制御システムは、各細胞培養物を個々にかつ首尾よく制御した。例えば0.5~1.0℃という大幅な温度調整の事象では、細胞がより多くの時間をかけて新たな温度に適合するように、調整間隔の長さを延ばした(優先的に、少なくとも90分まで)。 The above test was performed using the cell line T074OPT B048WCB. Further tests were performed based on cell cultures of the CHO cell line T072. For further test cell culture projects, the duration of the conditioning interval (60-120 minutes), the starting cell density, the target time (approximately 3-4 days, or 67-95 hours), and the height of the temperature change (0.2-0.5 °C ) was slightly modified. In all cell lines, target cell density could be reached within the target time. All temperature curves were observed to be different from each other. Therefore, the growth control system individually and successfully controlled each cell culture. In the event of a large temperature adjustment, e.g. 0.5-1.0°C, the length of the adjustment interval was increased (preferentially to at least 90 min) so that the cells had more time to adapt to the new temperature. .
図10~15は、たとえ細胞培養プロジェクトがプロジェクト中に1つまたは複数の技術的問題および故障に直面し得るとしても、本発明の態様に従って実施される温度調整による増殖制御は、標的時間において所望の細胞密度を提供することを可能にすることを示す。 FIGS. 10-15 show that even though a cell culture project may encounter one or more technical problems and failures during the project, temperature-regulated growth control performed in accordance with embodiments of the present invention can achieve the desired results at the target time. demonstrated that it is possible to provide cell densities of .
技術的障害は、細胞培養プロジェクトの成功を深刻に危うくし得る。典型的には、補正措置ができるだけ速やかに手動で実施される。典型的には、運転不良は4時間以内に改善され得る。しかしながら、技術的故障によって引き起こされる細胞増殖の遅延は、全細胞培養プロジェクトの継続時間の延長をもたらす場合が多い。 Technical failures can seriously jeopardize the success of cell culture projects. Corrective measures are typically performed manually as soon as possible. Typically, poor driving can be remedied within 4 hours. However, delays in cell growth caused by technical failures often result in an extension of the duration of whole cell culture projects.
一連の試験において、バイオリアクターの1つまたは複数の調節的制御の故障をシミュレートすることにより、制御論理が、典型的な技術的故障によって引き起こされる細胞増殖の遅延を補償する能力を評価した。試験された故障シナリオは、酸素供給の故障、酸素電極の故障、温度制御の故障、pH制御(CO2供給)の故障、およびその他を含んだ。試験のそれぞれにおいて、1つまたは複数の制御機能性(例えば、O2分圧調節、CO2分圧調節、等)を4時間停止させるか、または作動パラメーター(例えば、pH)をおよそ4時間の間、望ましくない値に設定した。次いで、制御機能性を再開させるか、または作動パラメーターを望ましいもしくは典型的な値に再設定した。制御論理、特に標的時間および標的細胞密度の設定は、該試験中に変更しなかった。 In a series of tests, we evaluated the ability of the control logic to compensate for delays in cell growth caused by typical technical failures by simulating the failure of one or more regulatory controls of the bioreactor. Failure scenarios tested included oxygen supply failure, oxygen electrode failure, temperature control failure, pH control (CO2 supply) failure, and others. In each of the tests, one or more control functionalities (e.g., O2 partial pressure regulation, CO2 partial pressure regulation, etc.) were stopped for 4 hours, or operating parameters (e.g., pH) were changed for approximately 4 hours. It was set to an undesirable value. Control functionality was then resumed or operating parameters reset to desired or typical values. The control logic, particularly target time and target cell density settings, were not changed during the study.
試験のうちのいくつかの結果を、図10~15においてプロットの形式で表す。図10~15に示される該試験に用いられた細胞培養物は、図5の図面の説明において言及された細胞培養物について記載されたように増殖させた。該試験に用いられた細胞培養物(「バッチ」)の番号付けは、ここで最初から始まる。したがって、図10~15における細胞培養物4~9は、そのデータが図5~9の基礎を形成する細胞培養物と同一ではない。 The results of some of the tests are presented in the form of plots in Figures 10-15. The cell cultures used in the studies shown in Figures 10-15 were grown as described for the cell cultures mentioned in the figure legend of Figure 5. The numbering of the cell cultures ("batches") used in the test now starts from the beginning. Therefore, cell cultures 4-9 in Figures 10-15 are not identical to the cell cultures whose data form the basis of Figures 5-9.
図10および11はそれぞれ、制御論理が酸素供給の故障を補償する能力を図示する2つのプロットを示す。酸素供給の故障を補償する制御論理の能力の試験は、時間間隔48h~52h中に(図10)または時間間隔55h~59h中に(図11)酸素調節器の動作を停止させることによって行った。図10および11は、酸素なしでは(酸素シグナル)細胞がそれ以上増殖しないこと(上部プロット、細胞密度曲線の傾きの減少)を明らかに示す。制御論理は増殖速度の低下を判断し、増殖速度が低いことを考慮して、標的時間における細胞密度が標的細胞密度を下回ると予測し、1~2時間遅れて温度を上げる(図10および11の下部プロット)。酸素供給の一時的故障にもかかわらず、設定された標的時間において所望の細胞密度を達成することが可能であった。 Figures 10 and 11 each show two plots illustrating the ability of the control logic to compensate for oxygen supply failures. Testing of the ability of the control logic to compensate for failures in the oxygen supply was performed by stopping operation of the oxygen regulator during the time interval 48h to 52h (Figure 10) or during the time interval 55h to 59h (Figure 11) . Figures 10 and 11 clearly show that without oxygen (oxygen signal) the cells do not proliferate further (upper plot, decrease in the slope of the cell density curve). The control logic determines the decrease in growth rate and, given the low growth rate, predicts that the cell density at the target time will be below the target cell density and increases the temperature with a 1-2 hour delay (Figures 10 and 11 bottom plot). Despite the temporary failure of oxygen supply, it was possible to achieve the desired cell density at the set target time.
図12および13はそれぞれ、制御論理がpH制御の故障および結果として生じた望ましくないpH値を補償する能力を図示する2つのプロットを示す。pH制御の故障を補償する制御論理の能力の試験は、時間間隔48h~52h中に(図12)または時間間隔72h~76h中に(図13)、pH制御の設定点を望ましくない値に急激に変更することによって行った。図12および13は、pH変化が細胞の増殖に大きな影響を及ぼさず、結果として、制御論理は、何の問題もなく、pHに誘導された増殖の影響を補償し、標的時間において標的細胞密度を提供することを示す。 Figures 12 and 13 each show two plots illustrating the ability of the control logic to compensate for pH control failures and resulting undesirable pH values. A test of the ability of the control logic to compensate for a pH control failure is to rapidly raise the pH control set point to an undesired value during the time interval 48h to 52h (Figure 12) or during the time interval 72h to 76h (Figure 13). This was done by changing to . Figures 12 and 13 show that pH changes do not significantly affect cell proliferation and, as a result, the control logic compensates for the pH-induced proliferation effects without any problems and increases the target cell density at the target time. Indicates that the
図14は、制御論理が酸素供給およびpH制御の両方の故障を補償する能力を図示する3つのプロットを示す。この場合も同様に、制御論理は標的時間において標的細胞密度を提供することができた。 FIG. 14 shows three plots illustrating the ability of the control logic to compensate for both oxygen supply and pH control failures. Again, the control logic could provide the target cell density at the target time.
図15は、制御論理が酸素供給および温度制御の両方の故障を補償する能力を図示する2つのプロットを示す。接種の26時間後、酸素供給の故障を約4時間にわたりシミュレートした。システムは、予測通り非常に強力に反応して、細胞増殖の減少を補償した。制御論理は、故障の時間中に温度を上げることによって、酸素供給の低下に対して反応した。およそ12時間後、温度調節器をオフにすることで、温度制御の故障をシミュレートした。約4時間のうちに、リアクター温度は30~31℃の値まで下がった。この時間中に、制御論理は将来細胞密度を予測し続け、計算された密度を標的細胞密度と比較するが、それぞれの新たな温度設定点を首尾よく伝え、施行することができない。温度制御装置のスイッチが再度入った後、温度制御装置は制御論理から新たな温度設定点を受信した。これにより実際温度のわずかなオーバーフローが起こり、これは次いで速やかに補償される。残りのバッチ実行時間中、細胞培養物は制御様式で増殖した。この場合も同様に、制御論理は標的時間において標的細胞密度を提供することができた。 FIG. 15 shows two plots illustrating the ability of the control logic to compensate for both oxygen supply and temperature control failures. 26 hours after inoculation, failure of oxygen supply was simulated for approximately 4 hours. The system responded very strongly, as expected, to compensate for the decrease in cell proliferation. The control logic reacted to the drop in oxygen supply by increasing the temperature during the time of failure. After approximately 12 hours, temperature control failure was simulated by turning off the thermostat. Within about 4 hours, the reactor temperature dropped to a value of 30-31°C. During this time, the control logic continues to predict future cell densities and compares the calculated density to the target cell density, but is unable to successfully communicate and enforce each new temperature set point. After the temperature controller was switched on again, the temperature controller received a new temperature set point from the control logic. This results in a slight overflow of the actual temperature, which is then rapidly compensated. Cell cultures were grown in a controlled manner for the remainder of the batch run time. Again, the control logic could provide the target cell density at the target time.
したがって、本発明の態様による温度に基づく増殖調節が、様々な技術的問題および故障に対して頑強であり、それらを補償し得ることがうまく実証された。酸素またはpH制御の断続的故障は、問題なく許容され、増殖に及ぼすその影響は補償される。温度制御の故障でさえ、なお緩和され得る。 Therefore, it has been successfully demonstrated that temperature-based growth regulation according to embodiments of the present invention is robust to and can compensate for various technical problems and failures. Intermittent failures of oxygen or pH control are tolerated without problems and their effects on growth are compensated. Even temperature control failures can still be mitigated.
Claims (16)
‐制御論理 (116) によって、標的細胞密度 (114) および標的時間 (112) を受信する段階であって、該標的細胞密度は該標的時間における真核細胞の所望の細胞密度を表し、該標的時間は将来の時点を表す、段階;
‐該真核細胞を第1タンク (130) の培養液 (M1) 中で培養する段階;
複数の時間間隔のそれぞれについて、
・該培養液中の該真核細胞の細胞密度 (122) を測定する段階;
・該制御論理によって、少なくとも該測定細胞密度の関数として、該標的時間における予測細胞密度を計算する段階;
・該制御論理によって、該予測細胞密度と該標的細胞密度を比較する段階;
・該制御論理によって、
‐該予測細胞密度が該標的細胞密度よりも低い場合には温度を0.1℃~1℃上げることにより、または
‐該予測細胞密度が該標的細胞密度よりも高い場合には温度を0.1℃~1℃下げることにより、
該予測細胞密度が該標的細胞密度から逸脱している場合に該第1タンク内の該培養液の温度を調整する段階
を含む方法。 A method for controlling proliferation of eukaryotic cells, the method comprising:
- receiving, by control logic (116), a target cell density (114) and a target time (112), the target cell density representing a desired cell density of eukaryotic cells at the target time; Time represents a future point in time; a stage;
- culturing said eukaryotic cells in a culture medium (M1) of a first tank (130);
For each of the multiple time intervals,
- Measuring the cell density (122) of the eukaryotic cells in the culture medium;
- calculating, by the control logic, a predicted cell density at the target time as a function of at least the measured cell density;
- comparing the predicted cell density and the target cell density by the control logic;
・By the control logic,
- by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is lower than the target cell density; or - by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is higher than the target cell density. By lowering the temperature,
A method comprising adjusting the temperature of the culture medium in the first tank if the predicted cell density deviates from the target cell density.
・標的時間に到達したこと;
・測定細胞密度が標的細胞密度と等しいかまたはそれよりも高いこと
のうちの1つである終了基準が満たされた時に少なくとも温度の調整を自動的に終了させる段階
をさらに含む、請求項1または2記載の方法。 -By control logic,
・Achieving the target time;
- the measured cell density is equal to or higher than the target cell density . Method described in 2 .
をさらに含む、請求項1~3のいずれか一項記載の方法。 - providing, by control logic, a graphical user interface (GUI) (110), the GUI allowing the user (118) to enter a target time and target cell density before the control logic begins calculating the predicted cell density; the GUI allows the user to modify the target time and/or the target cell density while the control logic calculates the predicted cell density at multiple time intervals; 4. The method of any one of claims 1-3 , further comprising the steps .
‐制御論理によって、さらなる標的細胞密度およびさらなる標的時間を受信する段階であって、該さらなる標的細胞密度は該さらなる標的時間における該真核細胞の所望の細胞密度を表し、該さらなる標的時間は将来の時点を表す、段階;
‐移動させた該真核細胞を該第2タンク内で培養する段階;
複数のさらなる時間間隔のそれぞれについて、
・該第2タンクの培養液中の該真核細胞の細胞密度 (124) を測定する段階;
・該制御論理によって、少なくとも該測定細胞密度の関数として、該さらなる標的時間におけるさらなる予測細胞密度を計算する段階;
・該制御論理によって、該さらなる予測細胞密度と該さらなる標的細胞密度を比較する段階;
・該制御論理によって、
‐該さらなる予測細胞密度が該さらなる標的細胞密度よりも低い場合には温度を0.1℃~1℃上げることにより、または
‐該さらなる予測細胞密度が該さらなる標的細胞密度よりも高い場合には温度を0.1℃~1℃下げることにより、
該さらなる予測細胞密度が該さらなる標的細胞密度から逸脱している場合に該第2タンク内の該培養液の温度を調整する段階
をさらに含む、請求項1~4のいずれか一項記載の方法。 - after reaching the target cell density, transferring the culture medium of the first tank and the eukaryotic cells contained therein from said first tank to a second tank (132) which is larger than said first tank;
- receiving, by control logic, a further target cell density and a further target time, the further target cell density representing a desired cell density of the eukaryotic cells at the further target time, the further target time being in the future; A stage representing a point in time;
- culturing the transferred eukaryotic cells in the second tank;
For each of a plurality of further time intervals,
- Measuring the cell density (124) of the eukaryotic cells in the culture medium of the second tank;
- calculating, by the control logic, a further predicted cell density at the further target time, at least as a function of the measured cell density;
- comparing the further predicted cell density and the further target cell density by the control logic;
・By the control logic,
- by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if said further predicted cell density is lower than said further target cell density, or - by increasing the temperature if said further predicted cell density is higher than said further target cell density. By lowering the temperature by 0.1℃ to 1℃,
The method of any one of claims 1 to 4 , further comprising adjusting the temperature of the culture medium in the second tank if the further predicted cell density deviates from the further target cell density. .
‐所定の長さを有し、かつ現在の時間間隔の終了時に終了する現在の観察間隔 (138) を、該現在の時間間隔について規定する段階;
‐該現在の観察間隔中に測定されたすべての細胞密度を受信する段階
をさらに含み、
少なくとも測定細胞密度の関数として予測細胞密度を計算する段階が、標的時間まで、該現在の観察間隔中に測定された細胞密度を外挿することを含む、
請求項1~7のいずれか一項記載の方法。 For each of the multiple time intervals,
- defining for the current time interval a current observation interval (138) having a predetermined length and ending at the end of the current time interval;
- further comprising receiving all cell densities measured during the current observation interval;
calculating a predicted cell density as a function of at least the measured cell density comprises extrapolating the cell density measured during the current observation interval up to a target time;
The method according to any one of claims 1 to 7 .
‐該現在時間が該標的時間に近いという判定に応答して、複数の時間間隔のうちの将来のすべての時間間隔の長さを短縮する段階
をさらに含む、請求項1~9のいずれか一項記載の方法。 - determining whether the current time is close to the target time;
- in response to determining that the current time is close to the target time, further comprising: - shortening the length of all future time intervals of the plurality of time intervals. The method described in section.
‐人のユーザー (118) によって、制御論理 (116) のインターフェース (110) を介して、所望の細胞密度 (114) および将来時間 (112) を入力する段階であって、該所望の細胞密度は、入力された該将来時間における真核細胞の所望の細胞密度を表す、段階;
‐請求項1~14のいずれか一項記載の、真核細胞の増殖を制御するための方法を実施する段階であって、増殖制御は、入力された該所望の細胞密度が標的細胞密度として使用され、入力された該将来時間が標的時間として使用され、かつ該真核細胞が該標的時間において該標的細胞密度で提供されるように、実施される、段階
を含む方法。 A method for providing a desired cell density of eukaryotic cells at a defined future time, the method comprising:
- inputting a desired cell density (114) and a future time (112) by a human user (118) via an interface (110) of the control logic (116), wherein the desired cell density is , representing the desired cell density of eukaryotic cells at the input future time;
- implementing the method for controlling the proliferation of eukaryotic cells according to any one of claims 1 to 14, wherein the proliferation control is performed when the input desired cell density is the target cell density; The method is performed such that the future time used and input is used as a target time and the eukaryotic cells are provided at the target cell density at the target time.
‐標的細胞密度 (114) および標的時間 (112) を受信することであって、該標的細胞密度は該標的時間における該真核細胞の所望の細胞密度を表し、該標的時間は将来の時点を表す、こと;
複数の時間間隔のそれぞれについて、
・該第1タンクの該培養液中の該真核細胞の測定細胞密度 (122) を受信すること;
・少なくとも該測定細胞密度の関数として、標的時間における予測細胞密度を計算すること;
・該予測細胞密度と該標的細胞密度を比較すること;
・該制御論理によって、
‐該予測細胞密度が該標的細胞密度よりも低い場合には温度を0.1℃~1℃上げることにより、または
‐該予測細胞密度が該標的細胞密度よりも高い場合には温度を0.1℃~1℃下げることにより、
該予測細胞密度が該標的細胞密度から逸脱している場合に該第1タンク内の該培養液の温度を調整すること
を行うように構成されている、システム (100)。 A system (100) for controlling the growth of eukaryotic cells, comprising control logic (116) and a processor (104) configured to execute the control logic, the control logic operably connected to a first tank (130) containing eukaryotic cells in a liquid (M1), the control logic comprising:
- receiving a target cell density (114) and a target time (112), the target cell density representing a desired cell density of the eukaryotic cells at the target time, and the target time defining a future time point; to represent;
For each of the multiple time intervals,
- receiving a measured cell density (122) of said eukaryotic cells in said culture medium of said first tank;
- calculating a predicted cell density at a target time as a function of at least said measured cell density;
- comparing the predicted cell density and the target cell density;
・By the control logic,
- by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is lower than the target cell density; or - by increasing the temperature by 0.1°C to 1°C if the predicted cell density is higher than the target cell density. By lowering the temperature,
A system (100) configured to adjust the temperature of the culture medium in the first tank if the predicted cell density deviates from the target cell density.
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